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I
NFORMACIÓN y
A
CTUALIDAD
A
STRONÓMICA
http://www-revista.iaa.es/
OCTUBRE DE 2013, NÚMERO 41
El ALMA de lo invisible
La capa de ozono y el “mundo evitado”
Cúmulos estelares
Plasmas
I NSTITUTO
DE A STROFÍSICA DE A NDALUCÍA
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
http://www.iaa.es
Directora: Silbia López de Lacalle. Comité de redacción: Antxon Alberdi, Carlos Barceló, René Duffard, Emilio J. García,
Pedro J. Gutiérrez, Susana Martín-Ruiz, Enrique Pérez-Montero, Pablo Santos y Montserrat Villar. Edición, diseño y
maquetación: Silbia López de Lacalle.
Se permite la reproducción de cualquier texto o imagen contenidos en este ejemplar citando como fuente “IAA:
Información y Actualidad Astronómica” y al autor o autores.
Instituto de Astrofísica de Andalucía
c/ Camino Bajo de Huétor 50 , 18008 Granada. Tlf: 958121311 Fax: 958814530. e-mail: [email protected]
REPORTAJES
El ALMA de lo invisible ...3
El Mundo Evitado por el Protocolo de Montreal ...7
Otra visión del Camino de Santiago ...10
DECONSTRUCCIÓN Y otros ENSAYOS. Plasmas ...12
EL “MOBY DICK” DE... Jesús Maíz Apellániz (IAA-CSIC)...14
Depósito legal: GR-605/2000
ISSN: 1576-5598
CIENCIA EN HISTORIAS... Antonia Ferrín Moreiras... 15
ACTUALIDAD ...16
ENTRE BASTIDORES ...20
SALA LIMPIA ...21
CIENCIA: PILARES E INCERTIDUMBRES. La atmósfera terrestre ...22
EL CORAZÓN DE NUESTRA GALAXIA. Dos grupos de astrónomos han
empleado datos de los telescopios del Observatorio Europeo Austral para
generar el mejor mapa en tres dimensiones de las regiones centrales de la Vía
Láctea realizado hasta la fecha. Fuente: ESO.
EL
ALMA
R
EPORTAJES
DE LO INVISIBLE
El ALMA de lo invisible
EL OBSERVATORIO
ALMA HA BATIDO
RÉCORDS
TECNOLÓGICOS EN
TODOS LOS FRENTES, Y
SUS PRIMEROS
RESULTADOS AUGURAN
UN BRILLANTE FUTURO
Por Montserrat Villar, CAB
(INTA-CSIC), y Xavier Barcons,
IFCA (CSIC-UC) y Presidente
del Consejo de ESO
VEMOS EL MUNDO QUE NOS
RODEA PORQUE NUESTROS OJOS
SON SENSIBLES A LA LUZ VISIBLE,
también denominada radiación óptica. Sin
embargo, lo percibimos de una forma muy
incompleta, pues dicha radiación representa
tan solo una fracción minúscula del espectro
electromagnético de la luz. Este se extiende
desde los rayos gamma hasta las ondas de
radio, abarcando longitudes de onda imperceptibles en su mayoría para el ojo humano.
Para detectar esas otras formas de luz o
radiación necesitamos cámaras e instrumentos especiales.
En astronomía sucede lo mismo. Cuando
observamos el universo con instrumentos
sensibles a distintos tipos de luz se nos revelan fenómenos físicos e incluso objetos astronómicos distintos. Para obtener una imagen
global y con ello construir un modelo coherente del cosmos necesitamos no solo estudiar astros de muy diversa naturaleza sino
además hacerlo cubriendo la radiación en
todas las longitudes de onda.
Así, algunos de los fenómenos más fascinantes y misteriosos del universo, como el nacimiento de las estrellas y los planetas o la formación de las galaxias, suceden en entornos
casi invisibles para los telescopios ópticos.
El gas frío presente en las galaxias, en forma
de moléculas o de agregados moleculares llamados genéricamente “polvo”, es el ingrediente esencial para que se terminen formando estrellas y planetas. Pero el gas y el polvo
impiden que la luz visible pueda escapar de
esas zonas. Podemos apreciarlo en la imagen
superior, donde se muestra nuestra galaxia,
la Vía Láctea, en el infrarrojo y en luz óptica: una parece el negativo de la otra. Las
zonas oscuras aparentes en la imagen óptica
albergan hervideros de formación de estrellas y planetas, que no podemos ver porque
se hallan escondidos en el interior de enormes y frías nubes de polvo y gas. Por el contrario, estas mismas regiones tienen un brillo
muy intenso en la imagen infrarroja, debido
a que el propio polvo, aunque absorbe la luz
visible de las estrellas jóvenes, la reemite
con gran intensidad en el infrarrojo. Las
moléculas del gas también emiten radiación
en longitudes de onda incluso más largas,
llamadas milimétricas y submilimétricas.
Por tanto, para investigar cómo nacen las
estrellas, los planetas y las galaxias, es
imprescindible detectar y estudiar el material
frío (gas molecular y polvo) a partir del que
se forman. Se encuentra a temperaturas muy
Arriba, círculos de estrellas sobre las antenas de ALMA
(ESO/B. Tafreshi). Debajo, imagen de nuestra galaxia,
la Vía Láctea, en infrarrojo (arriba) y en luz visible
(abajo).
bajas (tan solo a unas pocas decenas de grados por encima del cero absoluto) y por ello
utilizamos el término “universo frío”. Este
material emite copiosamente en longitudes
de onda infrarrojas, milimétricas y submilimétricas. Utilizando telescopios e instrumentos sensibles a esta radiación se abren nuestros ojos al universo frío. En este artículo
nos centraremos en las longitudes de onda
milimétricas y submilimétricas, que por brevedad llamaremos sub/mm. Esta luz tiene
longitudes de onda de entre unos 0,3 milímetros hasta un centímetro, ocupando la zona
del espectro que existe entre el infrarrojo por
debajo y las ondas de radio por encima.
Los ojos de lo invisible
La astronomía sub/mm aborda temas relacionados con una gran variedad de áreas de
la astrofísica siendo, como hemos visto,
esencial para la investigación del nacimiento
de las estrellas, los planetas y las galaxias.
Aunque hasta recientemente hemos contado
con variedad de instalaciones optimizadas
para la astronomía sub/mm, nada iguala las
capacidades de ALMA, el observatorio
astronómico más potente del mundo, cuya
construcción ha implicado una auténtica
revolución tecnológica. Se trata, también,
3
R
Izda: observaciones de ALMA del disco que rodea la estrella HD 142527, que presenta enormes chorros de gas (en
las posiciones de un reloj a las tres y a las diez en punto). El polvo de la parte exterior del disco se muestra en rojo
y el gas denso de los chorros que fluye a través del hueco y en la parte exterior del disco se aprecia en verde. Dcha:
impresión artística del disco y los chorros de gas. (ALMA -ESO/NAOJ/NRAO-, S. Casassus et al).
del mayor proyecto astronómico en tierra
desarrollado hasta el momento, y de la primera instalación científica de esta envergadura verdaderamente global, en la que participan varios continentes.
ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) fue inaugurado oficialmente el
13 de marzo de 2013. Una vez finalizado,
sus sesenta y seis antenas de alta precisión (la
superficie de cada una de ellas tiene una
rugosidad menor que catorce micras) situadas en el Llano de Chajnantor (Chile) a cinco
mil cien metros de altitud, operarán en toda
la banda espectral desde los 0,3 a los 9,6
milímetros. Las condiciones de extremada
sequedad atmosférica existentes en
Chajnantor lo convierten en un lugar privilegiado para la astronomía sub/mm.
De las sesenta y seis antenas (ya terminadas),
cincuenta y cuatro tienen doce metros de diámetro y las otras doce, siete metros. Aunque
la finalización de la construcción (salvo la
residencia, que se espera terminar en 2015)
está prevista durante el 2013, la operación
científica comenzó ya en septiembre de 2011
con una versión reducida de ALMA (dieciséis antenas). Ese ALMA incipiente superó
ya con creces a cualquiera de sus predecesores en la observación sub/mm, como el interferómetro de Plateau de Bure (IRAM) o el
Submillimeter Array (SMA).
La señal recibida por todas las antenas se
combina en tiempo real mediante una técnica llamada interferometría. Para ello, las
antenas se pueden disponer sobre un total de
ciento noventa y dos bases en el Llano de
Chajnantor, separadas entre sí hasta dieciséis
kilómetros (en la actualidad están funcionando solamente unas configuraciones más
compactas, con separaciones de hasta un
4
kilómetro). Cada antena, que pesa más de
cien toneladas, se puede transportar gracias a
dos gigantescos transportadores diseñados a
tal efecto. De esta manera funcionan como
un único telescopio de tamaño variable, de
hasta unos seis mil quinientos metros cuadrados de superficie colectora, similar al área de
un campo de fútbol, pero dispuestas sobre
una superficie infinitamente mayor.
Hacer que ALMA funcione como un telescopio de ondas sub/mm es todo menos trivial. Para ello hace falta que las señales que
envían las antenas de su observación del
cielo estén perfectamente sincronizadas, con
una precisión de una millonésima de millonésima de segundo. Además, el camino
recorrido por esta señal desde su llegada a
cada antena hasta que se combina en el ordenador central (llamado correlador) debe
conocerse con una exactitud similar al grosor
de un cabello humano. El correlador es el
gran cerebro de ALMA, y con sus más de
quince petaflops es el ordenador más rápido
jamás instalado en un observatorio astronómico. Se necesitarían tres millones de ordenadores portátiles para hacer las mismas
operaciones.
ALMA bate récords tecnológicos en todos
los frentes, convirtiendo la ficción en realidad. Su sensibilidad es tan alta que permite
detectar radiaciones sub/mm extremadamente débiles. ALMA es capaz de detectar en
unos minutos objetos astronómicos que necesitan decenas de horas de exposición para ser
observados con otras instalaciones. Gracias a
ello descubre de forma rutinaria galaxias
hasta ahora invisibles por la debilidad de la
radiación que emiten.
Podemos además obtener imágenes de altísima resolución espacial o nitidez. Eso signifi-
ca que ALMA es capaz de separar las imágenes de parejas de fuentes extremadamente
juntas en el cielo y que la tecnología anterior
confundía en una sola. En longitudes de onda
sub/mm esta capacidad de ALMA no tiene
precedentes. Podrá alcanzar una resolución
espacial diez veces superior a la del telescopio espacial Hubble.
Así, resolución espacial y sensibilidad combinadas están permitiendo hacer un censo
mucho más fiable del número de galaxias
existentes, incluyendo galaxias muy débiles
que habían permanecido invisibles hasta
ahora en longitudes de onda más cortas.
La cooperación internacional global y el gran
paso tecnológico que ha comportado el proyecto han propiciado que ALMA se halle
dos pasos por delante de sus predecesores en
numerosos aspectos. Muchas de las primeras
observaciones realizadas con ALMA han
representado verdaderos descubrimientos,
algunos hasta ahora insospechados.
Embriones de planetas
Hace menos de veinte años que se descubrió
el primer planeta extrasolar (también llamado exoplaneta) orbitando alrededor de otra
estrella. Desde entonces se ha confirmado la
existencia de al menos setecientos más. Su
estudio tiene interés tanto para comprender
cómo se forman los sistemas planetarios,
incluido el Sistema Solar, como para investigar la posibilidad fascinante de que algunos
de ellos alberguen alguna clase de vida.
Detectar planetas en formación y estudiar las
diferentes fases de su evolución es extremadamente difícil. Dado que el material a partir del que se gestan emite una fracción
importante de la radiación en ondas sub/mm,
ALMA permite su estudio con gran detalle,
EL
Región de formación estelar Rho Ophiuchi, captada en luz infrarroja por el Wide-field Infrared Explorer (WISE) de la
NASA. IRAS 16293-2422 es el objeto rojo en el centro del cuadrado más pequeño. En el círculo se ilustra la estructura
molecular del glicolaldehído. Créditos: ESO/L. Calçada y NASA/JPL-Caltech/Equipo de WISE.
Esta imagen del objeto Herbig-Haro HH46/47 combina las observaciones de ALMA con la imagen en luz visible captada
por el New Technology Telescope. Las observaciones de ALMA (naranja y verde, abajo a la derecha) de la estrella recién
nacida revelan un gran chorro de gas molecular que hasta ahora había pasado desapercibido, oculto en luz visible por el
gas y el polvo de la gran nube donde ha nacido la estrella. A la izquierda (color morado) destaca la parte visible del chorro. Fuente: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ESO/H. Arce.
gracias a su resolución espacial y sensibilidad altísimas. Ayuda además el hecho de
que la estrella emite luz muy débil en este
rango del espectro, de modo que su brillo no
“deslumbra” comparado con la emisión del
material protoplanetario, como ocurriría en
luz visible.
ALMA ha estudiado recientemente la joven
estrella HD 142527, situada a cuatrocientos
cincuenta años luz de la Tierra. La rodea un
disco de gas molecular y polvo, compuesto
por los deshechos de la nube a partir de la
cual se originó la estrella (imagen pág. contigua). En discos similares aparecen los
embriones protoplanetarios. Según la teoría,
estos crecen a medida que avanzan y limpian
el material que encuentran en el disco, provocando además corrientes de gas que fluyen
a través del mismo. Succionando material,
los protoplanetas crecen hasta convertirse en
planetas gigantes. Los nuevos datos obtenidos con ALMA han mostrado por primera
vez evidencia directa de estas corrientes en el
disco que rodea a la estrella HD142527.
Los ladrillos de la vida
Las observaciones astronómicas del medio
interestelar y de los cuerpos del Sistema
Solar, así como los análisis de laboratorio de
muestras de meteoritos, han demostrado la
existencia de moléculas orgánicas en
ambientes muy diferentes del cosmos, desde
las nubes interestelares hasta los cometas.
Dichas moléculas son los ladrillos fundamentales para el desarrollo de la vida. Puesto
que están por todas partes, esto implica que
no fue necesaria una química privilegiada en
la Tierra primitiva para impulsar las reacciones en las que se sintetizaron esas unidades
básicas precursoras de la vida.
El glicoaldheído es una de tales moléculas
orgánicas. Se trata de una forma simple de
azúcar que, aunque venenoso, no es muy
diferente del que ponemos en nuestro café.
Es un ingrediente esencial para la formación
del ARN que, al igual que el ADN, es uno
de los componentes fundamentales de la
vida. ALMA ha detectado esta molécula en
el gas que rodea una estrella de masa similar
ALMA
DE LO INVISIBLE
a la de nuestro Sol, a una distancia similar a
la que separa Urano del Sol. La estrella, llamada IRAS 16293-2422, se halla a unos
cuatrocientos años luz (izda.).
Aunque el glicoaldheído ya se había encontrado en el espacio interestelar, el descubrimiento de ALMA nos lleva un paso más
allá: demuestra que al menos algunos componentes básicos de la vida existían ya en el
momento y el lugar adecuados para incorporarse en los planetas durante su formación.
Paso a paso la ciencia expande cada vez más
nuestra visión hacia la posibilidad de que la
aparición de la vida en el universo haya sido
la regla, más que la excepción.
Ha nacido una estrella
Las estrellas recién nacidas son objetos muy
violentos. Pueden expulsar chorros de material con velocidades de más de un millón de
kilómetros por hora. A medida que estos
avanzan, chocan, se desparraman y rebotan
contra el gas de la nube molecular en la que
se ha gestado la estrella. Se forman así nebulosas cuyas imágenes nos asombran por su
belleza. El aspecto nos recuerda a las figuras
que forma el humo de un cigarrillo. Son los
llamados objetos Herbig Haro.
Recientemente se han publicado los resultados del estudio del objeto Herbig Haro 46/47
basado en datos obtenidos con ALMA. En
investigaciones anteriores en luz visible parte
de la nebulosa había permanecido oculta, al
estar oscurecida por grandes cantidades de
gas y polvo. ALMA, que ha detectado la
radiación emitida por las moléculas de
monóxido de carbono en el rango sub/mm,
ha revelado nuevos chorros de gas que además avanzan a una velocidad mayor de lo
que se pensaba y, por tanto, transportan más
energía.
La gran sensibilidad de ALMA ha permitido
estudiar este objeto con un detalle sin precedentes. Las observaciones, que duraron
cinco horas, se realizaron cuando el radiotelescopio disponía de tan solo entre dieciséis
y dieciocho antenas. Aún así, para obtener
datos de calidad similar con otros telescopios
se hubiera necesitado diez veces más tiempo.
El misterio de las galaxias desaparecidas
¿Por qué no hay casi galaxias gigantes?
Según las predicciones de los modelos de
formación y evolución de galaxias, deberían
ser mucho más numerosas de lo que observamos. ¿Existe algún mecanismo que impida crecer a las galaxias por encima de un
cierto límite y que no hemos tenido en cuenta en los modelos? Los “supervientos”
podrían ser la respuesta (ver revista IAA
número 39).
Si una estrella recién nacida es capaz de
5
R
expulsar grandes chorros de material,
muchas estrellas juntas multiplicarán el
impacto, dando lugar a los llamados “supervientos galácticos”. Se trata de fenómenos
devastadores capaces de expulsar de la galaxia enormes cantidades de energía y materia.
En su avance, los supervientos chocan con el
medio interestelar por el que se propagan,
arrastrándolo, acelerándolo y calentándolo.
Resultados recientes de ALMA sugieren que
estos mecanismos extremos son capaces de
barrer y arrojar fuera de las galaxias reservas
enormes de gas molecular, lo que hace que
dejen de formarse estrellas debido a la falta
de materia prima. Las imágenes muestran
chorros gigantescos de gas que están siendo
expulsados de la galaxia del Escultor desde
regiones con una intensa actividad de formación estelar. Puesto que este es el combustible a partir del que se forman las estrellas, el
que era un ambiente propenso para la aparición de nuevas generaciones estelares se convierte así en un escenario totalmente yermo
(imagen superior).
Ciencia sin fronteras
ALMA está a la vanguardia del conoci-
Visualización tridimensional del gas molecular en la galaxia del Escultor, situada a 115 millones de años luz del Sistema
Solar. El eje vertical muestra la velocidad y el eje horizontal la posición a lo largo del centro de la galaxia. Los colores
representan la emisión detectada por ALMA. Los datos indican que grandes cantidades de gas están siendo expulsadas
de la galaxia, convirtiéndola así en un lugar hostil para la formación de nuevas generaciones de estrellas. Fuente: ALMA
(ESO/NAOJ/NRAO) / Erik Rosolowsky.
miento científico y tecnológico. La mecánica de precisión que se empleó para construir sus antenas, la obra civil a cinco mil
metros o la tecnología de sus receptores
están verdaderamente en la frontera de lo
que la humanidad es capaz de desarrollar.
Paralelamente, el grado de conocimiento
que ALMA permite alcanzar es sencillamente fascinante.
Proyectos como ALMA demuestran que la
ciencia no sabe de fronteras. Hacen posible que miles de personas compartamos el
lenguaje universal de la ciencia para
sumergirnos en los misterios más profundos del universo, en los confines de lo desconocido. Profesionales y aficionados a la
astronomía miramos al Llano de
Chajnantor con la emoción que inspiran
los retos extraordinarios y con los ojos
abiertos a descubrimientos sorprendentes.
España y ALMA
ALMA es el resultado de un esfuerzo
global. El consorcio responsable de
su construcción está integrado por
países de Europa, de Norteamérica y
del Este de Asia, en colaboración con
Chile, que alberga las instalaciones.
El observatorio fue concebido como
tres proyectos independientes en
Europa, Estados Unidos y Japón en
la década de 1980. En los 90 se fusionaron en uno. La construcción
comenzó en 2003. La participación
europea se realiza a través de ESO
(Observatorio Europeo Austral). Se
trata de la principal organización
astronómica intergubernamental para
instalaciones terrestres y la integran
quince países, entre ellos España.
Del coste total de la construcción de
ALMA, estimado en unos mil doscientos millones de euros, ESO aporta el
37.5%.
La construcción de una infraestructura tan avanzada como ALMA en la
veintena de estados que participan en
el proyecto ha supuesto un reto enor-
6
ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), J. Guarda.
me, afortunadamente superado en su
práctica totalidad. Para España en
concreto, ha sido una auténtica historia de éxito. Aunque miembro de
pleno derecho de ESO tan solo desde
el año 2007, nuestro país se implicó
en ALMA ya a finales de los años 90,
durante la misma génesis del proyecto. Desde el inicio se buscaron e identificaron cuidadosamente posibles
oportunidades para nuestra industria
y los centros de I+D. Los contratos
para la construcción de ALMA que se
han ejecutado en España ascienden
a más de 20 millones de euros.
Entre los elementos más visibles destacan las estructuras de acero de las
veinticinco antenas europeas, así
como sus anclajes en las ciento
noventa y dos bases en las que se
pueden colocar las sesenta y seis
antenas de ALMA en el Llano de
Chajnantor. La ingeniería de la estación de aprovisionamiento de energía
de más de ocho megavatios que
energiza todo el observatorio también
fue contratada a una empresa española. Entre las aportaciones de muy
alta tecnología destacan la provisión
de amplificadores de bajo ruido para
los front-ends de distintas bandas,
software de calibración, elementos
del oscilador local o unidades de calibración en el laboratorio de integración europeo. A fecha de hoy todos
los sistemas entregados por la industria española a ALMA funcionan
correctamente dentro de sus especificaciones, lo que supone una excelente carta de presentación para proyectos futuros.
Desde mucho antes de que ALMA
comenzara la operación científica en
2011, en los centros de investigación
españoles existía una intensa actividad de planificación científica para
estar totalmente preparados cuando
se diera el pistoletazo de salida para
la explotación científica del observatorio. En la primera llamada de proyectos de observación con ALMA,
astrónomos de todo el mundo envia-
ron un total de casi mil propuestas,
entre las que fueron seleccionadas
ciento doce. Este nivel de demanda,
casi diez veces superior al tiempo de
observación disponible, demuestra el
entusiasmo de los investigadores,
incluso en la etapa inicial del observatorio. Investigadores de países miembros de ESO estuvieron al frente de
treinta y cinco de los proyectos aprobados, y entre ellos cinco liderados
por astrónomos de centros españoles. En la segunda llamada de proyectos en 2012 el nivel de presión fue
de nuevo muy elevado. De las mil
ciento treinta y una propuestas enviadas, ciento noventa y tres tuvieron
éxito, con cincuenta y tres de ellas
lideradas por investigadores miembros de ESO. En esta ocasión tres
proyectos de observación estuvieron
liderados por centros españoles.
A finales del 2013 se anunciará una
nueva convocatoria, para la que los
astrónomos estamos preparándonos
de nuevo.
EL MUNDO EVITADO
POR EL
PROTOCOLO
DE
MONTREAL
R
EPORTAJES
El Mundo Evitado por el
Protocolo de Montreal
EL PROTOCOLO EVITÓ
EL COLAPSO A ESCALA
GLOBAL DE LA CAPA
DE OZONO, UNOS
ÍNDICES DE RADIACIÓN
ULTRAVIOLETA
EXTREMOS Y LA
ACELERACIÓN DEL
CAMBIO CLIMÁTICO
Evolución del ozono antártico desde 2003 hasta 2011
(MACC analyses of O3 at 475K (ppmv) by IFSMOZART). http://gmes-stratosphere.eu.
Gráfica inferior: bandas de absorción de radiación
infrarroja por (a) el dióxido de carbono y el vapor de
agua y (b) dos ODS, el CFC-12 y el CFC-13. Los ODS
absorben radiación infrarroja en la “ventana atmosférica”, entre los ocho mil y los doce mil nanómetros.
Por Rolando García
(National Center for
Atmospheric Research, EEUU)
A PARTIR DEL 1987 EL PROTOCOLO
DE MONTREAL HA RESTRINGIDO
LAS EMISIONES DE COMPUESTOS
HALÓGENOS CAPACES DE DESTRUIR EL OZONO (ODS, del inglés
ozone destroying substances). Los ODS
incluyen compuestos que contienen cloro o
bromo, como el CFC-12 (CCl2F2, un refrigerante), el Halon-1211 (CBrClF2, que se
utiliza como extintor) y el bromuro de metilo
(CH3Br, un pesticida). El Protocolo de
Montreal se adoptó a raíz del descubrimiento
del agujero de ozono en la Antártida en 1985
y de los estudios que demostraron cómo los
ODS son capaces de destruir el ozono en la
estratosfera. Hoy en día sabemos que la concentración en la estratosfera de compuestos
de cloro y bromo procedentes de los ODS ha
comenzado a disminuir y que la capa de
ozono sobre la Antártida da los primeros
indicios de recuperación.
Sin embargo, un estudio realizado en 2009
por P. Newman y colaboradores del
Goddard Space Center de la NASA analizaba qué hubiese ocurrido si no se hubiera
adoptado el Protocolo de Montreal.
Asumiendo una tasa de crecimiento de los
ODS de un 3% por año, semejante a lo que
ocurría justo antes de ser adoptado el
Protocolo, calcularon que se produciría un
colapso global de la capa de ozono a mediados del siglo XXI. Pero eso no es todo: los
IMAGEN 1
ODS, además de ser capaces de destruir el
ozono, son también potentes gases invernadero, es decir, son compuestos que absorben
la radiación infrarroja (IR) y por lo tanto
pueden producir cambios climáticos. La imagen 1 muestra por qué son importantes los
ODS, a pesar de que su concentración
atmosférica es pequeña comparada con la del
dióxido de carbono (CO2) y el vapor de
agua, los principales gases invernadero. La
tasa radiativa de la atmósfera depende del
balance entre la radiación solar, que añade
energía a la atmósfera, y la radiación infrarroja, que emite energía al espacio. De
acuerdo con la imagen 1(a), el vapor de agua
y el CO2 absorben radiación IR, impidiendo
7
R
Promedio zonal del índice ultravioleta en función de la latitud en el mes de junio de los
años 2000 y 2070, al mediodía y bajo condiciones soleadas. Valores por encima de once
se consideran “extremos”.
IMAGEN 3
IMAGEN 2
Evolución de la columna total de ozono (DU) en el escenario Control (arriba) y
en el Mundo Evitado (abajo). Las series temporales han sido suavizadas con un
promedio móvil de doce meses para suprimir el ciclo estacional y resaltar los
cambios a largo plazo.
su emisión al espacio, en las bandas de longitud de onda por debajo de los ocho mil y
por encima de los doce mil nanómetros. Este
rango se conoce como la “ventana atmosférica”, en la que ocurre la mayoría de la emisión IR al espacio. La importancia de los
ODS se debe a que absorben radiación infrarroja justamente en dicha ventana, tal como
muestra la imagen 1(b).
No obstante la importancia de los ODS como
gases invernadero, la investigación llevada a
cabo por Newman y colaboradores no pudo
abordar este tema porque el modelo de la
atmósfera que utilizaron no permitía calcular
explícitamente el clima terrestre. Para calcular no solo los efectos químicos sino también
el cambio climático producido los ODS se
necesita un modelo acoplado atmósfera-océano. En la investigación que se describe a
continuación se ha utilizado el Whole
Atmosphere Community Climate Model
(WACCM), un modelo numérico desarrollado en el National Center for Atmospheric
Research (EE.UU.) que reúne todas las condiciones necesarias para calcular los cambios
químicos y climáticos a escala global.
Escenarios de modelización
Con el fin de estudiar el efecto del aumento
de ODS sobre la atmósfera se definen dos
8
IMAGEN 4
Incremento de la temperatura de superficie en funciónn de la latitud entre las décadas de 1990-2000 y
2060-2070. La línea negra muestra los resultados del escenario Control, la azul es el escenario del
Mundo Evitado y la verde representa el escenario de Recuperación. Las cruces indican las latitudes
donde el cambio no es significativo al 95% de acuerdo con una prueba de Student’s t.
escenarios, que abarcan el periodo desde
1985 hasta 2070. En el escenario Control los
gases invernadero CO2, metano (CH4) y
óxido nitroso (N2O) aumentan según el escenario de estabilización propuesto por el
Panel Intergubernamental para el Cambio
Climático (Intergovernmental Panel on
Climate Change). En este escenario la concentración de dióxido de carbono y metano
se estabiliza hacia finales del siglo XXI,
mientras que la concentración de los ODS
disminuye de acuerdo con el Protocolo de
Montreal. En el segundo escenario de modelización, denominado World Avoided, o
Mundo Evitado, el dióxido de carbono y
metano aumentan de la misma manera que
en el caso Control. Sin embargo, la concentración de los ODS, en lugar de disminuir
según el Protocolo, aumenta constantemente
un 3% por año. A continuación veremos las
consecuencias de este aumento para la capa
de ozono y el clima terrestre.
Evolución de la capa de ozono
El espesor de la capa de ozono se puede estudiar evaluando la columna de ozono, es
decir, la integral vertical de la densidad de
ozono desde la superficie hasta el tope de la
atmósfera. La columna se mide en Unidades
Dobson (Dobson Units, o DU), cuyo valor
típico varía entre unas doscientas veinte DU
en el trópico y entre trescientas y cuatrocientas DU en altas latitudes (excepto sobre la
Antártida en la primavera austral, cuando la
capa de ozono disminuye a unas cien o
ciento diez DU -el agujero de ozono-).
La imagen 2 contrasta la evolución de la
columna de ozono en los escenarios Control
y Mundo Evitado a lo largo del siglo XXI.
Los resultados han sido suavizados con un
promedio móvil de doce meses, que elimina
la variación estacional de modo que se destaquen los cambios a largo plazo. A principios del siglo los valores de la columna de
ozono son similares en los dos escenarios.
En el caso Control se aprecia un aumento de
la columna con el tiempo, que representa la
recuperación de la capa de ozono según se
reduce la concentración de ODS en este
escenario. En el escenario del Mundo
Evitado, por el contrario, la columna de
ozono disminuye con el tiempo, paulatinamente a principios del siglo XXI y con gran
rapidez a partir del año 2045. En el año 2050
la columna de ozono se reduce a la mitad de
su valor a principios del siglo XXI y hacia el
2060 disminuye a menos de cien DU en
todas las latitudes, lo que representa un agujero de ozono global. Este colapso de la capa
de ozono hacia la mitad del siglo XXI con-
EL MUNDO EVITADO
POR EL
PROTOCOLO
DE
MONTREAL
cuerda con los resultados de Newman que aumentando casi un factor de dos el ascenso son los que más afectan al ozono en el tróinvestigaban las consecuencias de no haber de la temperatura en superficie. Como indica pico, sobreviven en la atmósfera por muy
la línea azul en la imagen 4, en el Mundo corto plazo. Por el ejemplo, una vez que
adoptado el Protocolo de Montreal.
El colapso a escala global de la columna de Evitado los aumentos de temperatura en cesan las emisiones de ODS, el bromuro de
metilo disminuye exponencialmente y su
ozono supone graves consecuencias para superficie son significativos en todas las latitodos los ecosistemas terrestres. El impacto tudes y alcanzan casi tres grados en el tró- concentración atmosférica se reduce por un
se puede evaluar por medio del índice ultra- pico y entre cuatro y seis en el Ártico y la factor de diez en poco más de año y medio.
A pesar de esta buena noticia, no todos los
violeta (IUV). Dicho índice es una cantidad Antártida.
efectos de los ODS desaparecen tan
no dimensional que depende de la
rápidamente. En particular, el efecto
intensidad de la radiación solar en la
invernadero depende en gran parte
banda de los doscientos cincuenta a
IMAGEN 5
de la concentración atmosférica de
los cuatrocientos nanómetros, es
ODS como el CFC-12 (cuya escala
decir, la banda de radiación ultraviotemporal típica es casi un siglo), de
leta cuya penetración a la superficie
modo que persisten en la atmósfera
terrestre depende del espesor de la
por mucho tiempo después de que
capa de ozono. Valores del IUV por
cesan las emisiones. Esto significa
encima de once se consideran extreque la eliminación inmediata de emimos y hoy en día ocurren solamente
siones de ODS no puede reducir a
en el trópico, cerca del mediodía y
corto plazo la aceleración del calenbajo condiciones totalmente soleatamiento global, como demuestra la
das. La imagen 3 muestra el IUV en
línea verde en la imagen 4, que
función de la latitud en el escenario
representa el cambio de la temperadel Mundo Evitado en junio de los
tura de superficie en el escenario de
años 2000 y 2070. En el 2000 se
Recuperación. Queda claro que, en
aprecian valores típicos de diez en el
la década del 2060-2070, el aumento
hemisferio de verano en el trópico,
Recuperación de la capa de ozono (DU) en el Trópico en un cálculo en el que
las emisiones de ODS cesan abruptamente en el año 2050.
de temperatura es casi tan grande
de cinco en latitudes medias y de
como en el Mundo Evitado a pesar
entre uno y dos en las altas latitudes
de que las emisiones de ODS cesan
del hemisferio de verano. En 2070 el
por completo en 2050 en el escenario de
UVI aumenta enormemente en todas las latiRecuperación.
tudes: llega a cinco en altas latitudes en
Mundo Evitado: el aumento
verano, sobrepasa los diez incluso en latitudramático de la radiación
En conclusión
des medias y los treinta y cinco en el trópico.
ultravioleta coincide con el
Los resultados de estas simulaciones no
Este aumento dramático del IUV coincide
colapso de la capa de ozono y
dejan lugar a duda que el Protocolo de
con el colapso a escala mundial de la capa de
representa condiciones que no
Montreal nos ha librado de un futuro
ozono y representa condiciones que no han
han existido en la Tierra desde
funesto. De más está decir que el colapso de
existido en la Tierra desde la formación de la
la formación de la atmósfera
la capa de ozono en cuestión de diez años a
atmósfera “moderna” (con abundancia de
“moderna”
mediados del siglo XXI conduciría a una
oxígeno, del cual se deriva el ozono) en el
catástrofe ecológica a escala global porque
periodo Cámbrico.
supone un enorme aumento en la radiación
ultravioleta que llega a la superficie terrestre.
¿Habría remedio?
Aceleración del cambio climático
A la vez, el efecto invernadero de los ODS
Por si la destrucción de la capa de ozono no Vale preguntarnos si, de cara a la doble
acelera el cambio climático, aumentando
fuese poco, el aumento de los ODS a través catástrofe que representan el colapso de la
casi al doble el calentamiento de la temperadel siglo XXI en el Mundo Evitado también capa de ozono más la aceleración del calentura de superficie. Afortunadamente, la capa
tamiento global, no hubiésemos reaccionado
aumenta el calentamiento global ya que,
de ozono se recuperaría en cuestión de unos
como hemos visto en la imagen 1, los ODS y frenado de inmediato las emisiones de los
son potentes gases invernadero. La imagen 4 ODS, digamos a partir del año 2050, cuando años después de cesar por completo las emisiones de ODS. Sin embargo, el efecto
muestra el cambio de temperatura en super- el colapso de la capa de ozono ya parecería
invernadero no es reversible a corto plazo y
inminente pero antes de que se produjera un
ficie, en función de la latitud, entre las décael calentamiento global persistiría hasta finadas de 1990-2000 y 2060-2070. Aun el caso agujero de ozono a escala global. Se ha
les del siglo XXI aun si las emisiones de
Control, en el cual la concentración del dió- investigado también esta posibilidad por
ODS cesaran por competo a mitad del siglo.
xido de carbono y metano se estabiliza hacia medio de otro escenario, llamémoslo de
finales del siglo XXI, ocurre un aumento Recuperación, en el cual las emisiones de
importante de la temperatura de superficie, ODS cesan abruptamente en el año 2050. El
tal como muestra la línea negra en la figura. cálculo de este escenario demuestra que la
MÁS INFORMACIÓN:
Este aumento de temperatura es significativo eliminación instantánea de las emisiones de
Garcia,
R. R., D. E. Kinnison, and D. R.
en casi todas las latitudes y mayor en las ODS produce una rápida recuperación de la
Marsh, “World avoided” simulations with the
regiones polares (entre dos y cuatro grados) capa de ozono, sobre todo en el trópico, en
Whole Atmosphere Community Climate Model,
que en el trópico (menos de dos grados). En cuestión de dos o tres años, como muestra la
J. Geophys. Res., 117, D23303,
el Mundo Evitado la alta concentración de imagen 5. Esto ocurre porque los compuesdoi:10.1029/2012JD018430.
ODS contribuye al efecto invernadero, tos de bromo procedentes de los ODS, que
9
R
Otra visión del Camino
de Santiago
Por Mayte Costado Dios (IAA-CSIC)
EL ESTUDIO DE LOS
CÚMULOS DE
ESTRELLAS JÓVENES SE
HA REVELADO COMO
UNA EXTRAORDINARIA
HERRAMIENTA PARA
CONOCER LA VÍA
LÁCTEA
Esta gallega de nacimiento conoce el
Camino de Santiago aunque realmente nunca
lo haya recorrido: primero porque el camino
portugués pasaba justo al lado de la casa de
sus abuelos paternos, segundo por haber
estudiado en esa bella ciudad que es Santiago
de Compostela, con sus calles empedradas y
su característico olor a piedra mojada y, tercero, porque lo estudia desde otra perspectiva: mirando al cielo.
El Camino de Santiago celeste es nuestra Vía
Láctea. Se le conoce en España con ese nombre porque los peregrinos que marchaban
hasta Santiago desde Europa usaban la posición de la Vía Láctea en el cielo, en verano
nordeste-sureste, como referencia para poder
seguir la senda y llegar a su destino. Por otro
lado, el nombre Vía Láctea proviene de la
mitología griega y en latín significa “camino
de leche” porque en el cielo parece como un
camino difuso, una mancha de color blanquecino que contrasta con la oscuridad del
fondo. Según los griegos se trataba de la
leche derramada por Hera, esposa de Zeus,
quien se negó a amamantar a Heracles. En
una ocasión lo acercaron a su pecho mientras
dormía, pero Hera despertó, lo retiró suavemente y la leche se derramó por los cielos,
dando forma a esa mancha lechosa tan sugerente que recorre nuestro cielo nocturno.
Pero hubo otras interpretaciones filosóficas.
Un astrónomo llamado Demócrito (460-370
a.C.) sugirió que aquel haz blanquecino era
en realidad un conglomerado de muchísimas
estrellas. Su idea no halló respaldo en su
época y tan solo hacia el año 1609 de nuestra era el astrónomo Galileo Galilei haría uso
de su telescopio para observar el cielo y
constatar que esa hipótesis era correcta pues,
10
donde quiera que mirase, el firmamento se
encontraba lleno de estrellas, muchas de
ellas invisibles a simple vista. Empezaba,
por lo tanto, el proceso de investigar cuál era
la estructura de nuestra galaxia, sobre la que
a día de hoy todavía existen interrogantes.
La Vía Láctea es la galaxia en la que vivimos, tiene forma espiral y contiene alrededor de doscientos mil millones de estrellas,
incluyendo nuestro Sol. Mide aproximadamente cien mil años luz de diámetro y alrededor de diez mil años luz de espesor. Que
se vea como una banda borrosa de color
blanquecino surcando nuestro cielo estrellado se debe a la cantidad de estrellas y al
gas interestelar que contiene.
Podemos dividir la Vía Láctea en tres componentes fundamentales: el halo, el disco y el
bulbo. El halo galáctico engloba la galaxia,
tiene una densidad de estrellas muy baja y
alberga la mayor parte de los cúmulos globulares, formados por estrellas viejas. El bulbo
o núcleo galáctico se sitúa en el centro, es la
zona de la galaxia con mayor densidad de
estrellas, tiene una forma esferoidal achatada
y parece girar como un sólido rígido. En el
centro galáctico reside un gran agujero negro
de unos cuatro millones de masas solares que
los astrónomos denominamos Sagitario A.
El disco se caracteriza por sus cuatro brazos
espirales y es la componente galáctica que
contiene mayor cantidad de gas, donde todavía se producen los procesos de formación
estelar y, por lo tanto, donde se encuentran
las estrellas jóvenes.
Una de las maneras de caracterizar este disco
galáctico consiste en estudiar los cúmulos
estelares jóvenes que pueblan sus diferentes
regiones. El estudio de la distribución espacial del sistema de cúmulos galácticos nos
proporciona información acerca de la estructura de la Vía Láctea. Además, al estudiar
varios cúmulos situados en zonas distintas y
con diferentes composiciones podemos obtener información sobre la evolución del disco
galáctico.
El estudio de los cúmulos
¿Cómo estudiamos un cúmulo? Analizando
las estrellas que lo componen. Actualmente
conocemos cómo las estrellas producen y
emiten su energía, en qué cantidad y durante
cuánto tiempo. Comparando la cantidad de
luz observada en diferentes bandas del espectro con modelos teóricos podemos determinar a qué distancia se encuentra la estrella,
qué edad tiene y el enrojecimiento que ha
sufrido. Esto último significa que la luz que
nos llega de las estrellas es menos intensa
cuanto mayor sea la distancia que tiene que
recorrer. También, en el supuesto de que la
estrella se encuentre en proceso de formación, aún conserva polvo o gas de la nube a
partir de la que se formó, lo que produce que
su luz nos llegue con menor intensidad.
Los cúmulos estelares abiertos jóvenes constituyen excelentes herramientas para comprender cómo se forman las estrellas y su
evolución, porque las estrellas miembros de
un cúmulo surgen de la misma nube molecular, de modo que coinciden en composición
química, distancia y edad, y solo se diferen-
OTRA
VISIÓN DEL CAMINO DE
NOT
SANTIAGO
OSN
Calar Alto
Observatorios participantes en el estudio.
Algunos cúmulos de la muestra.
cian en la masa. Así, su estudio nos permite
obtener información fundamental sobre el
papel que juega la masa de las estrellas en la
evolución estelar y por eso los cúmulos con
estrellas de diferentes masas resultan excelentes laboratorios para el estudio de la formación de la componente estelar del disco
galáctico.
Desde hace varios años, algunos miembros
del Grupo de Sistemas Estelares (Stellar
System Group, SSG), del que formo parte
lleva a cabo un programa observacional de
cúmulos estelares que contienen estrellas
masivas. Las observaciones se realizan
desde el telescopio de 1,5 metros del
Observatorio de Sierra Nevada (OSN) en
Granada, desde el Telescopio Óptico
Nórdico (NOT) del Observatorio del Roque
de los Muchachos (La Palma) y desde el
telescopio 3,5 metros del Observatorio de
Calar Alto en Almería.
Nuestro principal objetivo reside en conocer
cómo se forma un cúmulo así como las estrellas masivas que residen en él. Existen tres
teorías que buscan explicar cómo se forman
las estrellas masivas: el colapso monolítico
de un núcleo protoestelar (a partir de un
fragmento de la propia nube se forma una
estrella masiva), la coalescencia de dos
núcleos protoestelares de baja masa (de la
nube se forman estrellas de inferior masa que
después se fusionan para formar una estrella
de mayor masa) y la acreción competitiva
dentro de la nube molecular, donde varias
estrellas se estarían formando y compitiendo
entre ellas para seguir acumulando material
hasta formar una estrella masiva.
La mayoría de las estrellas masivas no se
generan de forma aislada sino que parecen
concentrarse en cúmulos, sistemas trapecios
o sistemas binarios. Nosotros tomamos a los
cúmulos como el escenario para la formación de estos objetos. Además, la forma de
los cúmulos parece variar de una región a
otra así como con la edad, lo que nos lleva a
pensar que la formación de las estrellas
depende del entorno donde se forman o que
se forman todas de la misma manera pero
luego su evolución dinámica difiere. Todo
esto es todavía tema de debate.
Búsqueda de respuestas
Para intentar responder a todas estas incógnitas realizamos estudios de una muestra de
cúmulos del Hemisferio Norte así como del
Sur y, a través de las observaciones tanto en
óptico (UBVRI) como en el infrarrojo
(JHKs), pretendemos caracterizar la población estelar del cúmulo. Con el análisis de
nuestras observaciones obtenemos los parámetros físicos del cúmulo estelar como la
edad, la distancia y el enrojecimiento, así
como la distribución espacial de las estrellas
en el cúmulo y su función de masas.
Tenemos cúmulos en diferentes estados evolutivos, a distancias de entre mil y cinco mil
parsecs, en un rango de edades de entre uno
y cuarenta millones de años y con dos entornos diferenciados (cúmulos aislados donde
ya no quedan restos de la nube primigenia y
cúmulos dentro de nubes moleculares que
todavía presentan actividad de formación de
estrellas).
Al disponer de toda esta variedad de situaciones podemos estudiar si existen correlaciones entre edad y entorno, o bien entre distri-
bución espacial y estado evolutivo. Del
mismo modo nuestros objetos se encuentran distribuidos en diferentes zonas del
disco galáctico, lo que nos sirve para también ver si existe relación entre las propiedades del cúmulo y el lugar del disco donde
se encuentran. De este modo intentamos
estudiar el disco de nuestra galaxia de
modo local y global.
Finalmente, quisiera destacar nuestra participación en la misión Gaia, que será lanzada el
próximo 20 de noviembre y creará un mapa
tridimensional con más de mil millones de
estrellas determinando su posición y movimiento con alta precisión. En la actualidad se
está llevando a cabo un programa de observaciones desde tierra utilizando los telescopios del Observatorio Europeo Austral
(ESO) para complementar los datos que la
misión nos proporcionará. Dentro de este
programa se realizan observaciones espectroscópicas de cúmulos estelares del hemisferio sur y nuestro grupo forma parte de esta
colaboración internacional desempeñando un
papel importante en la elección de los objetos a estudiar y en el análisis previo de los
mismos.
Con todos estos programas observacionales
en marcha, más el avance en los modelos
teóricos, esperamos en un futuro no muy
lejano conocer con mayor precisión la galaxia en la que vivimos y realizar un estudio
exhaustivo de la formación, evolución y
características de las distintas poblaciones
estelares que constituyen el disco galáctico,
nuestro querido Camino de Santiago celeste,
para así conocer mejor el universo en el que
vivimos.
Más sobre nuestro trabajo y otros temas de
investigación relacionados con las estrellas
masivas y el centro galáctico en:
http://ssg.iaa.es
Los datos de los cúmulos, ya publicados, se
encuentran disponibles en nuestra web. Esta
base de datos contiene en la actualidad un
catálogo fotométrico para once cúmulos del
hemisferio sur y se ampliará con otros dieciséis cúmulos del hemisferio norte que se
encuentran en fase de estudio y publicación.
11
HACE UN PAR DE MESES LEÍ EN UN PERIÓDICO DE TIRADA NACIONAL UN ARTÍCULO DE MEDIA PÁGINA DERECHA QUE SE TITULABA: "A
LAS BUJÍAS DE LOS COCHES LES LLEGÓ SU HORA". HE DE RECONOCER QUE ME CAUSÓ SORPRESA (Y GRAN AGRADO) VER CÓMO UN
ASUNTO RELATIVAMENTE TÉCNICO MERECÍA CONSIDERABLE ESPACIO EN UN PERIÓDICO IMPORTANTE. LAS BUJÍAS USAN UNA
DESCARGA ELÉCTRICA DE ARCO ENTRE DOS ELECTRODOS PARA GENERAR UN PLASMA DE ARCO (PLASMA TÉRMICO), QUE MEDIANTE
UNA RÁPIDA SUBIDA (DE VARIOS MILES DE GRADOS) DE LA TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE CONSIGUE INICIAR LA COMBUSTIÓN EN
LOS MOTORES DE NUESTROS VEHÍCULOS, CAUSANDO ADEMÁS UNA CONSIDERABLE EROSIÓN A LOS ELECTRODOS. AHORA, DESPUÉS DE
MÁS DE CIEN AÑOS DE CONSTANTES INNOVACIONES EN LA INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL, VARIAS EMPRESAS HAN PUESTO A PUNTO
UNA NUEVA TECNOLOGÍA DE PLASMAS NO TÉRMICOS (TAMBIÉN LLAMADOS PLASMAS FRÍOS) PARA SUSTITUIR A LAS BUJÍAS, UNO DE
LOS COMPONENTES MÁS ANTIGUOS AÚN PRESENTES EN LOS AUTOMÓVILES.
PERO, ¿QUÉ SON LOS PLASMAS?, ¿CUÁNTOS TIPOS DE PLASMAS EXISTEN?, ¿DÓNDE LOS PODEMOS ENCONTRAR?, ¿TIENEN
APLICACIONES QUE NOS HAGAN LA VIDA MÁS FÁCIL? Y, POR ÚLTIMO, ¿DESDE QUÉ PERSPECTIVA Y CÓMO LOS ESTUDIAMOS EN EL IAA?
1
¿QUÉ SON LOS PLASMAS?
La palabra plasma apareció impresa por primera vez en un artículo de Irving Langmuir titulado Oscilaciones en gases ionizados publicado en 1928 en las actas de la Academia Nacional de
Ciencias de los Estados Unidos. Este trabajo de Langmuir
puede considerarse como la formalización en el siglo XX de los
estudios comenzados en el siglo XVIII por precursores del estudio de la materia radiante tales como Lichtenberg en Alemania
y, ya en el siglo XIX, por Michael Faraday, William Crookes y J.
J. Thomson en el Reino Unido, así como Werner von Siemens
en Alemania.
El plasma es el cuarto estado de la materia. Así, por ejemplo, al
aportar suficiente energía, bien en forma de calor o de radiación
electromagnética, a un trozo de hielo (primer estado), obtenemos agua líquida (segundo estado) que, a su vez, se transforma
en vapor de agua o gas (tercer estado) al calentar el agua
líquida. Pues bien, si seguimos aportando más energía a las
moléculas de agua en fase vapor (gas) mediante una descarga
eléctrica, lo ionizaremos parcial o totalmente, esto es, le arrancaremos electrones de los átomos o moléculas que lo forman y
conseguiremos producir un plasma de agua (cuarto estado)
2
que, a diferencia del simple vapor de agua, se caracteriza por conducir la electricidad. El plasma de agua no solo contiene moléculas de agua sino también muchos electrones e iones libres (además de moléculas y átomos excitados así como radicales libres)
que le confieren la propiedad única de interaccionar de forma
notable, al igual que los metales, con campos eléctricos y magnéticos externos. De alguna manera, y por lo que respecta a sus propiedades electromagnéticas, el plasma sería como un metal gaseoso. Esto dio pie al surgimiento del estudio de lo que se denominó
(en la primera parte del siglo XX) electrónica gaseosa (de hecho,
Gaseous Electronics es el nombre de una muy prestigiosa conferencia de plasmas que se celebra anualmente en EE.UU. desde
1947). A escala macroscópica (mayor que la distancia de Debye),
los plasmas son, no obstante, eléctricamente neutros, ya que el
número de cargas positivas y negativas es similar.
La energía necesaria para generar un plasma puede suministrarse de varias maneras: mediante el calor originado en, por
ejemplo, un proceso de combustión, mediante la interacción entre
radiación láser y un sólido, líquido o gas, o mediante descargas
eléctricas en gases, en las que los electrones libres toman energía del campo eléctrico aplicado y la pierden en procesos de excitación e ionización de los átomos y moléculas del gas.
¿QUÉ TIPOS EXISTEN?
Una primera clasificación de los tipos de plasma se realiza en función de su equilibrio térmico, esto es, dependiendo de
si la temperatura o energía media de las partículas que lo forman es o no la misma para cada tipo de partícula. Así, los
plasmas térmicos o calientes son aquellos en los que la temperatura de los electrones y especies pesadas (átomos,
iones, moléculas) es la misma. Por ejemplo, son plasmas térmicos los del interior de las estrellas, los plasmas producidos en el núcleo (alejado de las paredes) de los dispositivos de fusión termonuclear, así como los plasmas de arco
(usados en el siglo XIX como alumbrado) o el plasma formado en el canal de un rayo (donde la temperatura de los neutros alcanza los treinta mil grados, similar a la de los electrones).
Por otra parte, los plasmas no térmicos o fríos se caracterizan por el hecho de que las energías de los electrones libres
y la de las especies pesadas es muy distinta, por los que los plasmas fríos dan lugar a procesos de no equilibrio de
gran interés fundamental y aplicado. En general, en los plasmas no térmicos la temperatura de las especies pesadas
permanece siempre cercana a la ambiente (entre veinticinco y cien grados centígrados) mientras que la de los electrones puede oscilar entre los cinco mil y los cien mil grados centígrados. Los nuevos dispositivos mencionados al
comienzo del artículo para reemplazar a las bujías se basan en descargas tipo corona (imagen derecha), un tipo de
plasma no térmico, generadas mediante el uso de pulsos de una duración que puede oscilar entre los micro y los nanosegundos. De esta forma, la energía es inyectada en el combustible mediante electrones muy energéticos que transfieren su energía de forma muy eficiente a través de colisiones inelásticas (excitación, disociación, ionización, etc), evitándose la pérdida de energía en forma de calor (el combustible permanece a temperatura cercana a la ambiente).
12
(G1MFG at English Wikipedia)
y
deconstrucción
otros ensayos
3
Los plasmas son ubicuos en el universo visible
conocido, pero no así en la superficie de nuestro planeta, donde las condiciones de presión
y temperatura hacen que nos parezcan comunes los estados de la materia (sólido, liquido y
gas) que en términos globales son exóticos.
Nuestra estrella más cercana, el Sol, emite un
por Francisco J. Gordillo Vázquez (IAA-CSIC)
¿DÓNDE ESTÁN?
tenue viento ionizado (el llamado viento solar)
formado por protones y electrones que conforman la atmósfera de plasma espacial que
envuelve a los planetas del Sistema Solar,
especialmente a los cuatro más cercanos al
Sol.
La meteorología espacial o space weather
trata del estudio de la interacción del viento
solar con la Tierra y su espacio circundante.
Muchas de las comodidades de las que disfrutamos hoy en día necesitan de la meteorología
espacial, que a su vez depende de investigaciones básicas acerca de las propiedades del
Sol, la atmósfera de plasma que envuelve la
Tierra y su interacción con la magnetosfera.
Los plasmas magnetosféricos se deben a la
interacción del viento solar con la magnetosfera terrestre, por cuyos agujeros magnéticos
polares penetra y forma las auroras polares y
australes en la ionosfera terrestre.
Las ionosferas planetarias son también ejemplos de plasmas naturales. En algunos planetas como la Tierra, Júpiter, Saturno, quizás
Venus, Neptuno y Urano se producen rayos
(otro tipo de plasma), así como descargas
eléctricas mesosféricas (hasta ahora solo
detectadas en la Tierra) asociadas con los
rayos de las capas atmosféricas más bajas.
Arriba, imagen del Sol durante una
eyección de masa coronal (una versión explosiva del viento solar). A la
derecha, imagen de una aurora
polar vista desde el espacio.
Fuente: NASA.
4
APLICACIONES
5
PLASMAS EN EL IAA
El estudio de las propiedades físico químicas de los plasmas de baja temperatura (como los de los tubos
fluorescentes o el de los televisores de plasma) es un pilar fundamental en el que se basan importantes
avances científico tecnológicos actuales. Hoy en día se usan plasmas de baja temperatura en aplicaciones
tan diversas como la propulsión espacial por plasma (los motores de plasma son comunes en las naves de
exploración del Sistema Solar), la medicina (existe un campo emergente llamado plasma medicine), el tratamiento de superficies, la fabricación de nanomateriales y nanoestructuras usando técnicas de plasma
(nanolitografía asistida por plasma para la fabricación de chips electrónicos) o, entre otras muchas aplicaciones, la combustión asistida por plasma (mencionada al comienzo del artículo), la aerodinámica de plasmas
así como el estudio y recreación en el laboratorio de la química de la regiones interestelares (cosmoquímica).
El grupo de plasmas transitorios en atmósferas planetarias (TRAPPA) del IAA viene estudiando, desde sus comienzos a finales de
2008, las descargas eléctricas (también llamadas fenómenos luminosos transitorios o TLEs)
que, descubiertas en 1989, tienen lugar entre
la baja estratosfera y la alta mesosfera de
nuestro planeta debido a la intensa actividad
eléctrica en la troposfera. Recientemente
también hemos comenzado el estudio de la actividad eléctrica en
atmósferas extraterrestres, en particular en Júpiter y Saturno.
El objetivo de nuestros estudios reside, por un lado, en entender los
procesos de formación y propagación de los TLEs y, por otro, en
determinar su posible influencia en la propiedades eléctricas y
químicas de la alta atmósfera terrestre y determinar su posible
existencia en otros planetas con actividad eléctrica. Para lograr estos
objetivos abordamos el problema desde una triple perspectiva basada
en la modelización (desarrollamos modelos electrodinámicos y
cinéticos), las investigaciones de laboratorio, donde pretendemos
Primera imagen de un TLE captada por María Passas del
grupo TRAPPA con el instrumento GRASSP desde el
Observatorio de Calar Alto.
www.trappa.es
estudiar análogos de las descargas eléctricas
naturales que nos interesan y, finalmente, el
desarrollo de instrumentos propios de
observación, como el instrumento automatizado
GRAnada Sprite Spectrograph and Polarimeter
(GRASSP) operativo desde mayo de 2013 en el
Observatorio de Calar Alto (Almería) y que ya
nos ha proporcionado las primeras imágenes de TLEs desde el sur de
España (imagen).
No quisiera terminar este breve artículo sin mencionar que nuestro grupo
forma parte del equipo científico de las misiones ASIM (Atmospheric Space
Interaction Monitor) y TARANIS (Tool for the Analysis of RAdiation from
LightNing and Sprites) de la ESA y del CNES, respectivamente. Estas
misiones se lanzarán a finales de 2015 o principios de 2016 y su objetivo
exclusivo es el estudio de los TLEs y los rayos gammas terrestres (TGFs)
desde el espacio. El instrumento GRASSP de nuestro grupo ha sido diseñado y construido para dar apoyo de tierra tanto a ASIM como a TARANIS.
13
el “Moby Dick” de...
...Jesús Maíz Apellániz (IAA-CSIC)
Nació en San Sebastián (Guipúzcoa) el 7 de julio de
1967. Obtuvo un Bachelor of Science en Caltech y un
Master of Arts en la U.C. Berkeley antes de realizar su
tesis doctoral en el LAEFF. En la actualidad es científico
titular en el IAA.
CHORIZOS
lamadme Ismael... lo que me trae de
cabeza desde hace años es CHORIZOS. Y no, no me refiero a los pedazos de tripa ni a ciertos políticos. Ni
siquiera a la cuerda donde se anotan los
tantos en el billar en Colombia. Me refiero
a un software astronómico en el que llevo
trabajando más de una década y que tiene
ese nombre. El lector puede ver una descripción aquí (http://jmaiz.iaa.es/software/chorizos/chorizos.html).
¿Para qué sirve CHORIZOS? La forma
más sencilla que tenemos los astrónomos
de medir las propiedades de un objeto es
sacarle una imagen y medir su
brillo. A eso le llamamos fotometría. Si usamos un único filtro
(una banda del espectro), la
información que obtenemos es
escasa, pues puede ocurrir que
un objeto sea débil porque sea
poco brillante o porque emita la
mayor parte de su radiación en
una banda distinta. Por lo tanto,
necesitamos por lo menos dos filtros, lo que nos da un valor del
brillo en una banda (que los
astrónomos medimos en unas
unidades llamadas magnitudes)
y un color (una diferencia de
magnitudes, que nos dice si el
objeto es “rojo” -más brillante en
longitudes de onda largas- o
“azul” -más brillante en longitudes de onda cortas-).
Supongamos que el objeto es una
estrella cuya distancia conocemos. El brillo corregido por la distancia
nos da una medida de la luminosidad de la
estrella mientras que el color nos indica
cuál es su temperatura (las estrellas “rojas”
son frías mientras que las “azules” son
calientes). Por esta razón, en astronomía
son ubicuos los diagramas color-magnitud
obtenidos a partir de dos filtros fotométricos, ya que a partir de dos imágenes es
posible obtener la luminosidad y la temperatura de cientos o miles de estrellas.
El primer problema surge de que el color
de una estrella no depende solamente de
la temperatura sino también de otros factores. Uno de ellos es la cantidad de polvo
presente en la línea de visión. El polvo
extingue la luz, disminuyéndolo en todas
las longitudes de onda (oscurecimiento)
L
14
pero preferentemente en las más cortas
(enrojecimiento). Así, una estrella roja
puede tener ese color de forma intrínseca
(o sea, por ser fría) o por tener mucho
polvo delante. Además, existen distintos
tipos de polvo en el medio interestelar
para los cuales el tipo de oscurecimiento
es distinto. Otros factores pueden cambiar
también el color, como la metalicidad
(proporción de elementos más pesados
que el helio).
Diagrama color-magnitud.
Si con dos filtros no tenemos información suficiente, ¿por qué no
usar, tres, cuatro o los que sea para
medir de forma simultánea luminosidad, temperatura, extinción, tipo
de extinción, metalicidad...?
Aún ignorando lo anterior, un segundo
problema aparece a la hora de discernir si
una estrella débil lo es porque es intrínsecamente poco luminosa o porque está
lejos. Medir distancias en astronomía es
difícil y, aunque algunos colores permiten
distinguir entre estrellas muy o poco luminosas, se requiere fotometría de gran precisión y tener en cuenta los efectos de la
temperatura, la extinción y la metalicidad.
Aquí es donde entra en juego CHORIZOS con una idea en principio simple: si
con dos filtros no tenemos información
suficiente, ¿por qué no usar, tres, cuatro o
los que sea para medir de forma simultánea luminosidad, temperatura, extinción,
tipo de extinción, metalicidad...? Del
dicho al hecho hay un buen trecho y esto
es lo que el capitán Ahab se ha encontrado
en el camino:
[1] Una resistencia a dejar de usar diagramas color-magnitud por parte de bastantes astrónomos. El capitán se lio la
manta a la cabeza y prefirió esperar a que los hechos hablaran por
sí mismos.
[2] Problemas en la calibración
de algunos sistemas fotométricos
impedían alcanzar la precisión
necesaria. Eso hizo que Ahab se
dedicara un par de años a recalibrarlos hasta quedar satisfecho.
[3] Ausencia de modelos estelares
que cubrieran todo el rango de
temperaturas, luminosidades y
metalicidades. Aquí el capitán,
que nunca pensó en dedicarse a
eso de los modelos, recopiló lo
que pudo de la literatura, se aseguró de que eran coherentes entre
ellos y creó unas mallas de modelos unificadas.
[4] Las puñeteras leyes de extinción. Tras tres cuartos de siglo
estudiando cómo el polvo modifica la luz estelar, dichas leyes todavía no
se conocían con suficiente precisión como
para ser usadas por CHORIZOS. Ahab se
remangó, las recalculó y está ya a punto de
publicar unas nuevas leyes que funcionen
correctamente.
[5] La capacidad de computación. Una
vez solucionados todos los problemas,
ahora falta que procesar la información de
una estrella lleve segundos en vez de horas
para así poder analizar miles de estrellas en
un tiempo razonable. Mejoras diversas en
el programa y la ley de Moore en la última
década han permitido llegar a los minutos
pero aún falta el último paso.
En poco tiempo, el capitán Ahab piensa
capturar a Moby Dick y sobrevivir al
intento.
H
IENCIA EN
CHISTORIAS
Antonia Ferrín Moreiras
La primera astrónoma gallega
POR
JOSEFINA F. LING (USC)
Antonia Ferrín Moreiras nació en Orense en
1914. Con apenas seis años se trasladó con su
familia a Santiago de Compostela debido a
que su padre, profesor de matemáticas, quería destinar a sus cuatro hijas el mejor partido
que nadie pudiera ofrecerles: una carrera universitaria.
Años después, Antonia se matriculó en la
facultad de ciencias de la Universidad de
Santiago, donde por aquella época solo se
impartía la carrera de químicas. El acceso a
la oferta de matrícula gratuita para familias
con pocos recursos durante los primeros años
y el disfrute de becas durante los últimos le
permitieron obtener en el período de la II
República la licenciatura en química y el
título de Maestra Nacional.
En 1934, recién licenciada, ya era profesora
ayudante de prácticas de las asignaturas de
físicas y matemáticas en la facultad, labor
que compaginaría con la de ayudante interina
de la sección de ciencias del Instituto de
Santiago hasta el año 1936, en ambos casos
de manera gratuita. A la par realizaba la
carrera de farmacia y los dos únicos cursos
de ciencias exactas que se impartían en la
Universidad de Santiago de Compostela
(USC).
Los tres años siguientes corresponden a uno
de los momentos más difíciles en la historia
de España: la Guerra Civil. La universidad se
paralizó por completo y, a las penurias propias de una conflagración, se vino a sumar
una denuncia anónima que salpicó también su
vida profesional. En 1937 fue sancionada,
por motivos políticos, con la inhabilitación
para el desempeño de cargos directivos y de
confianza, lo que la separó de la docencia en
la enseñanza secundaria. Ella siempre consideró que fue simplemente una cuestión de
discriminación más que de represalia, ya que
le permitieron seguir ejerciendo como profesora en el colegio de niñas huérfanas,
Nuestra Sra. de los Remedios de Santiago.
Finalizada la Guerra Civil y reanudada la
vida universitaria, su causa fue revisada y
obtuvo la rehabilitación en 1940. Aquel año
se reincorporó también en su puesto docente
de la facultad de ciencias.
Científica y docente incansable
En la década de los cuarenta conoció a Ramón
María Aller, fundador del Observatorio
Astronómico de la USC, quien la introdujo en
el mundo de la astronomía. Con él comenzó
su periplo investigador en dicho observatorio, convirtiéndose durante cerca de veinte
años en su colaboradora más fiel, disciplinada y meticulosa tanto en los trabajos de
gabinete como en los de observación. Muy
pronto, el manejo de instrumentos astronómicos como el telescopio refractor de doce centímetros o el anteojo de pasos no tuvieron
secretos para ella. Esto le permitió efectuar
desde medidas micrométricas de estrellas
dobles a pasos de estrellas por dos verticales
u ocultaciones de estrellas por la luna. Sus
resultados se publicaron en la revista española de astronomía Urania. Una anécdota,
que solía recordar la profesora Ferrín, tenía
que ver con el intenso frío padecido bajo la
cúpula durante las noches de invierno, sin la
posibilidad de abrigarse con unos pantalones,
prenda que por aquel entonces no se consideraba femenina y que solamente las actrices de
cine osaban lucir en la gran pantalla.
En 1950 consiguió otra proeza al licenciarse
en ciencias exactas, su verdadera vocación,
en la Universidad Central de Madrid, tras
estudiar como alumna libre los tres cursos
que le faltaban. Ese mismo año el Consejo
Superior de Investigaciones Científicas le
concedió una beca para realizar tareas de
investigación
en
el
Observatorio
Astronómico de Santiago, beca que en 1952
se transformó en un puesto de ayudante de
investigación.
Al año siguiente ganó, por oposición, una
plaza de catedrática de matemáticas en la
Escuela Normal de Magisterio de Santander,
que ocupará durante dos años. Al cabo de ese
tiempo regresó a Santiago, donde se incorporó en la Escuela Normal Femenina.
En 1957, al crearse la sección de matemáticas de la Facultad de Ciencias en la USC,
Antonia se convirtió en su primera “profesora”, impartiendo numerosas materias y
participando activamente en los primeros
años de vida del centro.
Durante esa época continuó investigando bajo
la dirección de Ramón María Aller que, junto
a Vidal Abascal la animaron y ayudaron a
realizar, por libre, los cursos de doctorado en
la Universidad Complutense. Fruto de este
esfuerzo fue la lectura de su tesis doctoral en
1963 bajo el título Observaciones de pasos
por dos verticales. Ese mismo año fue nombrada catedrática de matemáticas en la
escuela de magisterio Santa María de Madrid
y abandonó Santiago para ejercer sus funciones allí.
Una vez afincada en Madrid, Antonia aceptó
la propuesta de la facultad de matemáticas de
la Universidad Complutense y se convirtió en
profesora adjunta, labor que compaginaría
con su docencia en la escuela de magisterio.
Fue durante este periodo de tiempo cuando
tuve el privilegio de ser su alumna en la asignatura de mecánica celeste, impartida dentro
del programa de estudios de astronomía de la
UCM. Recuerdo la singular maestría de sus
explicaciones.
Con motivo de la celebración del cincuenta
aniversario de la licenciatura de matemáticas
de la USC en 2008, Antonia Ferrín fue elegida madrina de esta efeméride por ser una
estudiante y trabajadora infatigable, una
docente versátil a lo largo de sus más de
cinco décadas dedicadas a esta labor y por
haber sido pionera en diferentes frentes de la
facultad de matemáticas: la primera mujer en
formar parte de su cuadro de profesores, en
realizar trabajos de investigación en astronomía y en defender una tesis doctoral. En
reconocimiento a su trayectoria, ha sido la
primera mujer a la que se le ha dedicado un
aula en el edificio de la facultad santiaguesa.
En agosto de 2009 se apagó la vida de nuestra primera astrónoma española, la doctora
Antonia Ferrín Moreiras, quien contaba con
noventa y cinco años.
15
Actualidad
¿Es la estrella central de la Nebulosa del
Esquimal un sistema binario?
Un estudio ha revelado anomalías en la
Nebulosa del Esquimal que apuntan a que su
estrella central pudiera ser doble
El trabajo aporta evidencias robustas sobre la
existencia de una capa de conducción que
transfiere energía térmica producida en el
choque de vientos estelares en las nebulosas
planetarias
u Las nebulosas planetarias constituyen un bellísimo ejemplo de interacción de vientos estelares, donde
flujos de gas a distintas temperaturas
y velocidades producen una característica estructura: una cavidad central
compuesta por un viento muy veloz y
caliente, un cascarón brillante formado un viento más denso y frío y una
envoltura externa. Entre las dos primeras debería existir una capa de
transición que transmite el calor producido por el choque de vientos. La
existencia de dicha capa ha sido confirmada en un estudio que, además,
revela la existencia de una posible
compañera de la estrella central de la
Nebulosa del Esquimal.
Las nebulosas planetarias surgen de
la muerte de las estrellas de masa
intermedia que, en las últimas etapas, liberan parte de su envoltura. El
núcleo estelar restante, muy caliente,
produce radiación ultravioleta que
ioniza el material expulsado, lo que
hace que emita luz. También del
16
núcleo escapa un viento estelar con
una velocidad de miles de kilómetros
por segundo.
“Este viento rápido impacta la envoltura externa, más fría y densa, propagándose en el viento un choque que
calienta el gas en el interior de la
nebulosa y produce la emisión de
energía en rayos X en las nebulosas
planetarias”, ilustra Nieves Ruiz,
investigadora del Instituto de
Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)
que lidera el estudio.
La altísima velocidad de estos vientos debería producir temperaturas de
entre diez y cien millones de grados
en la región de choque, algo que, sin
embargo, no se observa. “Parece
que entre la capa exterior fría y el
viento interior calentado por choques
existe una capa de conducción donde se producen procesos de evaporación o de conducción de calor apunta Martín A. Guerrero, investigador del IAA y coautor del trabajo-. Los
procesos físicos que suceden en esa
capa son importantísimos porque, al
mezclarse con el material frío de fuera, el viento estelar baja su temperatura y aumenta su densidad para producir las condiciones óptimas en las
que se emiten rayos X suaves, que
es lo que realmente detectamos”.
Un resultado buscado y otro
inesperado
Hasta ahora, la muestra de nebulosas planetarias que presentan emisión de rayos X suaves y una capa
de conducción estaba reducida a un
objeto, la Nebulosa del Ojo del Gato,
por lo que se ignoraba si esa capa de
conducción era realmente un elemento común en las nebulosas planetarias con emisión en rayos X.
Si fuera así, entre el viento a millones
de grados de la cavidad central y el
de la capa formada por la envoltura,
a unos diez mil grados, debería
hallarse material a una temperatura
intermedia, entre cien mil y trescientos mil grados. Y los investigadores
hallaron un trazador idóneo para la
búsqueda de ese material “templado”en el oxígeno VI (átomos de oxígeno que han perdido cinco electrones), que debería producirse en esa
capa intermedia y que se detecta en
el ultravioleta.
“Seleccionamos tres nebulosas planetarias que mostraban la presencia
de oxígeno VI en datos del satélite
IC 418, NCG 2392 (Nebulosa del
Esquimal) y NGC 6826. La emisión en
rayos X viene señalada en azul. Fuente:
Chandra y HST.
FUSE y buscamos, con el telescopio
espacial Chandra, emisión difusa en
rayos X”, señala Nieves Ruiz (IAACSIC). Y no solo hallaron esa emisión en los tres objetos, lo que supone una fuerte evidencia de la existencia de una capa de conducción, sino
que al poner en contexto este hallazgo y ajustarlo a los modelos teóricos
dieron con un resultado inesperado.
Los datos concordaban en dos de las
tres nebulosas, pero en NGC 2392 más conocida como la Nebulosa del
Esquimal- detectaron serias discrepancias: la estrella central no genera
vientos suficientemente energéticos
para que se produzcan rayos X (que,
sin embargo, sí se detectan) y su burbuja se expande a noventa kilómetros por segundo, más del doble de la
velocidad media en objetos similares.
“Hay algo que está aportando energía extra y pensamos que pudiera
tratarse de una compañera binaria
que aún no se ha podido detectar de
forma directa”, concluye Martín A.
Guerrero (IAA-CSIC). El grupo prepara ya un artículo profundizando en
estas conclusiones.
Silbia López de Lacalle (IAA)
A
Observada la tercera estrella del sistema
HD 150136: un paso adelante en el estudio
de las estrellas de masa extrema
El sistema HD 150136. Imagen de
fondo: Marco Lorenzi (Glittering Lights).
base este objeto”, indica Joel
Sánchez-Bermúdez (IAA-CSIC).
Esta técnica combina varios telescopios y obtiene una resolución
similar a la de un telescopio con un
diámetro equivalente a la distancia
que los separa.
Las estrellas masivas tienen, a pesar de su
escasez, una enorme influencia en la
estructura y evolución química de las
galaxias
Aún desconocemos cómo se forman y
evolucionan estos gigantes estelares, que
requieren del estudio detallado de cada
ejemplar conocido para poder obtener
estadísticas fiables de sus características
u Aunque se calcula que en la Vía
Láctea solo una de cada dos millones de estrellas presenta una masa
superior a veinte veces la del Sol,
las estrellas masivas influyen en la
estructura y evolución de las galaxias y son las responsables de la
existencia de, entre otros, algunos
de los elementos que nos componen. Sin embargo, esta importancia
contrasta con la carencia, a día de
hoy, de una teoría completa sobre
su nacimiento y evolución. La
observación de la tercera estrella
del sistema HD 150136 por un grupo internacional de astrónomos liderado por el Instituto de Astrofísica
de Andalucía (IAA-CSIC) contribuirá
a mejorar nuestro conocimiento
sobre estas estrellas de masa extrema.
“La observación de este tipo de
estrellas es muy complicada debido
a su escasez y distancia”, señala
Joel Sánchez-Bermúdez, investigador del IAA que encabeza el estudio. De hecho, esta distancia dificulta su estudio hasta el punto de producir errores, ya que varias estrellas
próximas pueden parecer una sola
desde nuestra perspectiva. “Aunque
no disponemos de una teoría completa sobre las estrellas masivas
sabemos, sin embargo, que una de
las claves fundamentales para el
entendimiento de su evolución resi-
de en que un alto porcentaje de
ellas se halla en sistemas múltiples
de dos o más componentes”, apunta el investigador.
Así, el estudio de sistemas formados por varias estrellas masivas
ligadas gravitatoriamente parece la
vía idónea para hallar los mecanismos de formación y evolución de
estos gigantes estelares. Y de los
apenas veinte sistemas de esta clase conocidos en nuestra galaxia,
HD 150136 constituye un objeto de
especial interés ya que se trata del
sistema extremadamente masivo
(con más de cien masas solares)
más cercano a la Tierra. Un sistema
formado por dos componentes que
giran muy próximas en torno a un
centro común (el sistema interno) y
una tercera, hasta ahora no observada de forma directa, que gira en
torno a las otras dos.
“Dado que la determinación de la
masa y la luminosidad de cada una
de las componentes es fundamental
para conocer la evolución del sistema, nuestro equipo decidió estudiar
con interferometría óptica de larga
Cómo nacen las estrellas
gigantes
Gracias al instrumento AMBER, del
Very
Large
Telescope
Interferometer (ESO), el grupo de
investigadores obtuvo los parámetros principales de esta tercera
estrella, que constituye un primer
paso en la discriminación del modelo correcto que explica cómo se forman estas estrellas gigantes.
A día de hoy coexisten dos teorías
al respecto, que apuestan respectivamente por el colapso de una única nube protoestelar muy masiva,
que después se desgajaría en
varias estrellas, y por la colisión de
estrellas de menor masa en un
cúmulo.
Según los autores de la investigación, las estrellas de un sistema formadas de acuerdo con el primer
escenario deberían girar en órbitas
situadas en un mismo plano (igual
que los planetas del Sistema Solar),
en tanto que si el segundo escenario fuera el correcto mostrarían órbitas menos uniformes.
La observación de la tercera estrella
del sistema HD 150136 ha constituido un primer paso, al que seguirá la
combinación de datos espectroscópicos con nuevos datos de AMBER
en el infrarrojo que permitirán determinar cómo son las órbitas de HD
150136 y discriminar qué modelo de
formación es el adecuado para el
sistema.
Silbia López de Lacalle (IAA)
17
A
Se publica el "oro" de ALHAMBRA, el
catálogo definitivo para el estudio de la
evolución del universo
Las características de
ALHAMBRA lo
convierten en la
mejor herramienta
disponible para
conocer la historia
reciente del universo
Esta primera
publicación de datos,
denominada
ALHAMBRA-gold,
contiene cien mil
galaxias, veinte mil
estrellas y mil
posibles núcleos
activos de galaxias
u El pasado mes de junio se hacía
pública la primera muestra de datos
del ALHAMBRA survey, el mejor catálogo desarrollado hasta la fecha para
el estudio de la evolución del cosmos.
Un artículo, encabezado por los
investigadores del IAA Alberto Molino
y Txitxo Benítez, ponía a disposición
de la comunidad científica los datos
de un total de cien mil galaxias, veinte mil estrellas del halo galáctico y mil
posibles núcleos activos de galaxias
distribuidas en ocho regiones del cielo, que permitirán estudiar la evolución del universo durante los últimos
diez mil millones de años con una fiabilidad estadística sin precedentes.
“La gran fortaleza de ALHAMBRA,
18
que lo convierte en un sondeo a día
de hoy imbatible, reside en el estudio
en detalle de ocho regiones profundas del cielo. Esto nos permite asegurarnos de que disponemos de una
muestra representativa y de que cualquier conclusión que extraigamos de
ella puede aplicarse a todo el universo”, destaca Alberto Molino, investigador del IAA que ha liderado esta primera publicación de datos.
En la actualidad, los astrónomos disponen de sondeos de gran área y
poca profundidad o de muestras muy
profundas del cielo pero que solo contemplan una única y reducida región,
lo que no tiene en cuenta lo que se
conoce como varianza cósmica, derivada del hecho de que el universo
presenta regiones más y menos densas de galaxias.
“En este sentido, el proyecto ALHAMBRA ha permitido confirmar que el
muestreo COSMOS, uno de los más
empleados en estudios cosmológicos, no resulta representativo de
cómo se distribuyen las galaxias en el
universo porque su área se limita a
una zona con sobredensidad de galaxias con respecto a la media; la proximidad produce que las galaxias evo-
lucionen más rápido, de modo que los
estudios evolutivos generados con
COSMOS tienen un carácter local”,
apunta Alberto Molino (IAA-CSIC).
El proyecto ALHAMBRA
El proyecto ALHAMBRA, cuyo nombre responde a las siglas en inglés
Advanced Large, Homogeneous Area
Medium Band Redshift Astronomical
survey, dispone de un sistema de
veinte filtros que cubren todas las longitudes de onda del óptico y de tres filtros en el infrarrojo, lo que permite
determinar con gran precisión la energía emitida por las galaxias y la distancia de medio millón de galaxias
con una profundidad sin precedentes
para el tamaño de la muestra.
Esta primera publicación de datos
constituye en torno a una quinta parte
de los datos que ALHAMBRA suministrará a la comunidad internacional,
lo que lo convertirá no solo en un proyecto de referencia en el estudio de
las propiedades de las galaxias, sino
que además servirá de propulsor para
De fondo, ALHAMBRA Survey.
Procesado: V. Peris. Debajo, regiones
del sondeo ALHAMBRA sobre las que se
han publicado datos, que amplían la
información disponible a través de otros
muestreos, como COSMOS o SDSS.
las futuras generaciones de cartografiados fotométricos como JPAS (proyecto español que extenderá el trabajo de ALHAMBRA a todo el cielo).
ALHAMBRA es un proyecto liderado
por Mariano Moles (Centro de
Estudios de Física del Cosmos de
Aragón), en el que participan más de
setenta científicos de dieciséis instituciones de diferentes países. Se ha
desarrollado en su totalidad desde el
Observatorio de Calar Alto, a lo largo
de trescientas cincuenta noches del
telescopio de 3,5 metros entre los
años 2005 y 2012 (tiempo garantizado español). Calar Alto ha demostrado ser una instalación de características privilegiadas para llevar a cabo
estudios de primera línea como estos.
Silbia López de Lacalle (IAA)
A
El cúmulo estelar abierto NGC
3766. Fuente: ESO.
Un nuevo tipo de
estrella variable
u Cuando se mide la luz procedente de las estrellas con el fin de buscar variaciones de brillo se pueden
obtener resultados inesperados muy
interesantes. Para mí, este hecho
constituye unos de los principales
atractivos al observar el cielo nocturno. Este es el caso de un equipo de
astrónomos del Observatorio de
Ginebra que, buscando estrellas
variables en el cúmulo estelar abierto NGC 3766, se encontraron con
una sorpresa. Este cúmulo, formado
por estrellas que nacieron hace unos
veinte millones de años y que tienen
la misma composición química, fue
observado durante siete años desde
el hemisferio Sur. Para ello utilizaron
el telescopio óptico Euler de tan solo
1,2 metros de diámetro situado en el
Observatorio de La Silla (Chile). La
abundante población de estrellas de
este cúmulo les permitió obtener curvas de luz (medidas regulares de brillo) de aproximadamente dos mil quinientas estrellas. Los resultados fueron asombrosos: ciento cincuenta y
nueve estrellas resultaron ser estrellas variables periódicas, de las cuales treinta y seis (un 20%) mostraban
unas pequeñísimas variaciones
regulares en el brillo aparente de la
estrella por debajo de las cinco milésimas de magnitud con un periodo
Observaciones del
cúmulo NGC 3766
han desvelado la
existencia de tipo de
estrellas con una
variabilidad que no
encaja con las
estrellas variables
catalogadas hoy día
entre dos y diecisiete horas. Esta
variabilidad no se correspondía con
ningún tipo de estrellas variables
conocido hasta la fecha.
Y esto nos lleva a hacernos varias
preguntas: ¿A qué se debe esta
variabilidad? ¿Cómo es posible que
no las hayamos observado antes y
que, de pronto, nos encontremos
tantas estrellas con este comportamiento en un mismo cúmulo?
La variabilidad estelar
Vayamos poco a poco. Los astrónomos clasificamos las estrellas variables en dos grupos bien diferenciados e importantes: el de las variables
extrínsecas, cuya variabilidad es
debida a causas externas como los
eclipses o manchas en su superficie,
y el de las variables intrínsecas, cuya
variabilidad, como su mismo nombre
indica, está causada por fenómenos
que ocurren en su interior. En este
último grupo encontramos las variables pulsantes, llamadas así porque
el radio se expande y se contrae
cambiando su brillo aparente con el
tiempo. Las variables pulsantes no
pulsan de la misma forma, es decir,
los periodos y sus amplitudes (diferencias en el brillo) de pulsación no
son los mismos ya que el mecanismo responsable que los produce es
diferente. Hasta la fecha, se ha descubierto un abanico de estrellas pulsantes donde se combina el periodo
de pulsación con el tamaño de la
amplitud, además de la temperatura
y luminosidad de la estrella. Estas
propiedades u observables, que son
medidos gracias a nuestros telescopios situados en Tierra o en satélites
espaciales, nos permiten realizar
modelos teóricos para intentar conocer cómo funciona el interior estelar.
Otros casos documentados
Para detectarlas se necesitan unas
medidas fotométricas muy precisas,
además de periodos de observación
muy largos. Investigando en el pasado, este tipo de variación ya había
sido observada en los años 50 en
estrellas tan conocidas y brillantes
como Maia de Pléyades o la estrella
Pherkad (γ) de la Osa Menor. El
escaso número de variables detectadas, junto con unos modelos teóricos que no predecían la existencia
de pulsación en un determinado rango de temperaturas y luminosidad,
no ayudó mucho a continuar investigando. Más tarde, en los 90, la
estrella azul HD 121190, clasificada
en un principio como una estrella B
de pulsación lenta o SPB (Slowing
Pulsating B star), que presentaba un
periodo corto de unas nueve horas y
una variación de su brillo prácticamente indetectable, dio pie a varios
trabajos muy interesantes. La explicación más aceptada fue que la pulsación era provocada por la alta
rotación de la estrella.
Recientemente, gracias a las misiones espaciales para el estudio de
estrellas variables y búsqueda de
planetas, CoRoT y Kepler, que proporcionan medidas muy precisas
para detectar variaciones muy
pequeñas en el brillo de las estrellas, ha aumentado el número de
estas variables “raras”, pero no se
ha aportado mucha claridad al porqué de su comportamiento. Aunque
son muchos aquellos que piensan
que la rotación juega un papel esencial en la excitación de la estrella, el
origen no pulsante de estas estrellas, por supuesto, no puede descartarse. Algunas pueden ser binarias
de contacto o puede ocurrir que la
variabilidad se deba a manchas
estelares en la superficie, a pesar de
que una de las condiciones para que
estas se produzcan es que exista
una capa convectiva en la estrella.
Pero, independientemente que sean
pulsaciones o no, estas estrellas
necesitan urgentemente un nombre
ya que no encajan en ningún tipo de
variables ya conocidas.
Esta noticia me alegra porque
muestra que en el campo de la
variabilidad estelar no todo está
descubierto y que los telescopios
pequeños aún siguen teniendo un
papel fundamental en la era de los
grandes telescopios.
Susana Martín Ruiz (IAA)
19
A
EN BREVE:
Un magnetar con un intenso campo
magnético oculto
u Los magnetares son estrellas de neutrones -el producto del colapso de
una estrella masiva en una explosión de supernova- que muestran unos campos magnéticos particularmente intensos. SGR 0418+5729, detectado en
2009, se catalogó como un magnetar débil ya que, según un seguimiento de
su rotación a lo largo de tres años, su campo magnético era unas cien veces
menos intenso que la media en estos objetos.
Sin embargo, una nueva técnica ha desvelado que SGR 0418 presenta en
realidad “un campo magnético súper intenso, que puede alcanzar los 1015
gauss en algunas regiones”, según uno de los investigadores responsables
del hallazgo. La nueva técnica consiste en buscar variaciones en la emisión
de rayos X durante periodos muy cortos de tiempo, lo que permite analizar la
intensidad del campo magnético en mayor detalle. Así se han hallado regiones muy magnetizadas, en cierto modo similares a las manchas solares, que
concentran gran cantidad de energía magnética en regiones pequeñas.
SA/ATG Medialab
ENTRE
BASTIDORES
El proyecto de Presupuestos Generales
del Estado presentado por el gobierno el
pasado 30 de septiembre propone un aumento global de 70 millones de euros para I+D
civil, que se concretan en una subida de 128
M€ en subvenciones (capítulos 1-7) y una
disminución de 58 M€ en los capítulos 8 y 9
(préstamos). Aun reconociendo el esfuerzo
que supone el aumento de 50 M€ de transferencias al CSIC y el incremento de 60 M€
en las partidas para el pago de las cuotas al
CERN y otros organismos internacionales,
no se puede olvidar que a mediados de 2013
el gobierno tuvo que aprobar una partida
presupuestaria extra de 104 millones para
poder hacer frente a las acuciantes necesidades del sector (situación de quiebra técnica
del CSIC, imposibilidad de lanzar las convocatorias del Plan Estatal de Investigación,
etc.). Previsiblemente, todavía será necesaria una segunda partida extra en las próximas semanas. Mientras, un número creciente de organismos se unen a la crisis de supervivencia: Universidades, CNIO, ESSBilbao…
Por ello, de no corregirse de modo sustantivo en el trámite parlamentario, el escenario presupuestario planteado situará a la
20
Aficionados españoles obtienen las mejores
imágenes del círculo polar ártico desde la
estratosfera
u Un grupo de aficionados españoles perteneciente al Proyecto Daedalus
(Asociación AstroInnova) ha desarrollado un proyecto de toma de imágenes y
grabación de vídeo desde la estratosfera alrededor del círculo polar ártico. El
equipo diseñó y construyó IRIS (Image Recording for Sunrise), una cámara que
viajó a bordo del segundo vuelo de Sunrise, una misión internacional en la que
participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y que estudia el Sol
desde un globo estratosférico.
Las tres cámaras de IRIS han realizado una grabación en vídeo de todo el
ascenso de Sunrise hasta los treinta y sieta kilómetros de altura, incluyendo el
primer apuntado del telescopio y la apertura de la cubierta protectora del
espejo. Esta información ayudará a los investigadores a comprobar las condiciones en las que se desarrolla una misión de estas características. Asimismo
permitirá analizar la dinámica de las diferentes capas de la atmósfera al atravesar alrededor de un 99% de la misma hasta alcanzar la altitud óptima para
el trabajo del telescopio. http://www.proyectodaedalus.com/
COMUNICADO
ANTE EL COMIENZO DEL PROCESO DE APROBACIÓN DE
LOS PRESUPUESTOS GENERALES DEL ESTADO
COLECTIVO CARTA
POR LA
2014
CIENCIA
I+D española en una situación económica
incluso peor que en 2013, con una escasez
de recursos que nos remonta casi una década atrás. Desafortunadamente, estos presupuestos no recogen ninguno de los puntos
señalados por el colectivo Carta por la
Ciencia como mínimos imprescindibles
para evitar el colapso del sistema:
- No hay un aumento presupuestario significativo en los capítulos 1-7 que ha caído
en 1900 millones desde 2009 y hasta un
31% los dos años de la actual legislatura.
- Sigue sin modificarse el límite del 10%
a la tasa de reposición de personal, lo que
teniendo en cuenta el contexto demográfico
de las instituciones de I+D del país, está
provocando un pérdida dramática de potencial humano e imposibilitando la inserción
de los recursos mínimos necesarios para la
continuidad del sistema.
- El Fondo Nacional sube apenas 11
millones de euros respecto al 2013, lo que
nos sitúa en 2014 ante un panorama similar
al del presente año en cuanto a las convocatorias del Plan Estatal de Investigación, tecnología e innovación (en el que a fecha de
hoy aún no han aparecido las convocatorias
de proyectos de investigación).
- La Agencia Estatal para la
Investigación recibe un tratamiento idéntico
al de los PGE2013: el artículo 70 del proyecto de ley de PGE2014 copia exactamente el artículo 80 de la de 2013, omitiendo,
eso sí, el párrafo referido al carácter científico e independiente de dicha Agencia. A
fecha de hoy, la Agencia Estatal para la
Investigación sigue sin existir.
Ante este panorama, los participantes del
Colectivo Carta por la Ciencia, desde la responsabilidad y el compromiso, creemos que
debemos continuar nuestra campaña de
movilización en defensa de la I+D como
uno de los motores esenciales del desarrollo.
CARTA
POR LA
CIENCIA:
http://www.investigaciondigna.es/wordpress/fi
rma
NUEVA CARTA POR LA CIENCIA:
MOS LA I+D+I EN ESPAÑA
SALVE-
http://conimasdmasihayfuturo.com/2013/05/2
1/nueva-carta-por-la-ciencia-salvemos-la-idien-espana//
S A L A li mp ia
la respuesta:
por Miguel Abril (IAA)
¿Cuál de estas tecnologías para el diseño de futuras naves
espaciales NO es real?
A. COHETES DE ANTIMATERIA
B. NAVES DE IMPULSO POR IONES
C. COHETES DE FLUJO INVERTIDO CON PROPULSIÓN FOTOMAGNÉTICA
D. VEHÍCULOS DE DISTORSIÓN ESPACIO-TEMPORAL PROPULSADOS POR MATERIA EXÓTICA
L
a respuesta correcta es la
C: no existe ni está prevista una tecnología de
propulsión fotomagnética
con flujo invertido. Al
menos, eso creo, porque cada vez que
me invento un nombre sale algún listillo
que me manda un enlace a YouTube en
el que aparece un tío de Wisconsin que
ya lo ha hecho en su garaje. Lo cual
demuestra que el poder tecnológico del
ser humano es, al menos, mayor que
mi imaginación para pensar tonterías.
Esta vez, sin embargo, creo que no me
van a pillar, porque este nombre me lo
he inventado con mucho cuidado: si
tuviera el flujo invertido, el cohete iría
para atrás (…digo yo). Por sorprendente que parezca, las tecnologías que
citan las otras tres respuestas sí que
existen. Todos conocemos el poder de
la antimateria propuesta como fuente
de energía en la respuesta A gracias a
Ángeles y Demonios, esa mítica película basada en hechos reales (don
Cosme, el cura de mi parroquia, también es paracaidista). Si esa fuente de
energía pudiera dominarse sería, efectivamente, un fabuloso medio de propulsión para una nave interestelar.
Desgraciadamente, el procedimiento
para generar antimateria es extremadamente complejo, caro e ineficiente desde el punto de vista energético. Y no
solo eso, sino que, aunque consiguiéramos la suficiente cantidad de antimateria como para propulsar un cohete, tendríamos que manipularla, y eso es aún
más complicado. Incluso almacenarla
es extremadamente complejo, ya que
habría que utilizar contenedores especiales y mantenerla suspendida
mediante campos magnéticos, porque
en cuanto entrara en contacto con las
paredes se aniquilaría con las partículas de materia ordinaria de estas libe-
rando cantidades ingentes de energía
(ah, pero… ¿no era eso lo que queríamos? No: queríamos propulsar la nave,
no hacerla saltar por los aires).
Mucho más factible es la posibilidad
planteada en la respuesta B, las naves
propulsadas por iones. La velocidad de
un cohete depende de la velocidad de
salida del chorro de gases. Los cohetes
convencionales obtienen su velocidad
de la energía química que contienen los
enlaces de las moléculas de combustible, pero esta es muy limitada, incluso
en los combustibles de alto rendimiento
que se usan en aeronáutica y astronáutica. Sin embargo, usando campos
electromagnéticos se podrían acelerar
chorros de iones hasta grandes velocidades, mucho mayores que los chorros
de gases producidos por los combustibles actuales.
Ahora bien, la mayoría de las miles y
miles de respuestas que he recibido en
mi correo electrónico daban como buena (es decir, como tecnología imposible) la opción D. Pues bien, por extraño
que parezca el nombre (en realidad
suele conocerse como “motor de curvatura”), la teoría dice que sería posible
fabricar una nave que, ayudada por una
materia que contraería el espacio-tiempo delante de ella y lo expandiría por
detrás, podría alcanzar en poco tiempo
cualquier punto del espacio sin desplazarse realmente. Esta materia es la que
se denomina “materia exótica”, aunque
es exótica en plan de “esto es rarísimo”
y no de “pero qué a gusto voy a estar
allí”, como sugería el dibujo. Un pequeño problema que plantea este sistema
de propulsión es, precisamente, esa
materia exótica, ya que se trataría de
materia repulsiva y las opciones de
conseguirla remiten a la física cuántica…¿Más información? Precisamente
en el número anterior, el mismo en el
que planteaba esta pregunta, nuestro
compañero Carlos Barceló lo explicaba
de forma mucho más rigurosa y correcta de lo que podría hacerlo yo. Si no
empezarais por el final, buscando el
crucigrama…
la pregunta:
uy bien, pues imaginemos que conseguimos
una nave de esas y nos
vamos al espacio.
Rayos cósmicos, partículas de polvo interestelar, basura espacial, fotones de alta energía… El espacio es un entorno de lo más desagradable. Sin la protección que nos proporcionan nuestra acogedora atmósfera y el
campo magnético terrestre, todo allí arriba es una amenaza, que en poco tiempo puede dejar una nave espacial como
M
un escurridor de espaguetis. Y, si la
nave es tripulada, las elevadas dosis de
radiación recibidas por los astronautas
pueden causar además cáncer y otras
enfermedades, lo cual, para qué nos
vamos a engañar, no tiene ninguna gracia. Teniendo en cuenta que los efectos
de las radiaciones son acumulativos,
esto cobra especial importancia en viajes largos, como los que serían necesarios para alcanzar cualquier cuerpo más
allá de la Luna dentro de nuestro
Sistema Solar. Y no digamos ya si algún
RESPUESTAS
A) PROTECCIÓN ESTADÍSTICA: SE LANZAN MILES DE MININAVES Y ALGUNA
LLEGARÁ.
B) PROTECCIÓN DEMOCRÁTICA: SE ESCRIBEN LOS DATOS VARIAS VECES Y
SE LE HACE CASO A LA MAYORÍA.
Un astronauta en labores de mantenimiento de la Estación Espacial Internacional usa un sistema
de protección antirradiación y antipartículas.
día la tecnología nos permite aventuramos aún más lejos.
La pregunta de este número va precisamente de eso: ¿cómo se protegen los
equipos, tripulaciones y naves que se
lanzan al espacio? Como siempre, van
cuatro opciones, una de las cuales es
mentira. Aparte de la opción falsa, también me he inventado los cuatro nombres (hoy estoy que me salgo):
C) PROTECCIÓN CHANTILLY: SE CUBRE LA NAVE O EQUIPOS CON UNA
ESPUMA DE POLIPROPILENO ESPACIAL INYECTADO, DE CONSISTENCIA
SIMILAR AL MERENGUE.
D) PROTECCIÓN DEFLECTORA DE INSPIRACIÓN GEOMAGNÉTICA: PUES
ESO.
Ya sabéis, mandad vuestras respuestas a [email protected]. Este mes sorteamos entre los acertantes una plaza de funcionario con sistema de protección anticongelaciones de sueldo.
21
LA ATMÓSFERA TERRESTRE
Pilares científicos
Puede sonar a tópico, pero los principales
avances logrados en las últimas décadas
sobre la atmósfera terrestre, incluido el
estudio del cambio climático, han venido
de la mano, por un lado, de un importante
aumento del número y de la calidad de las
observaciones (así como de análisis rigurosos) y, por otro, de la mejora de los
modelos numéricos. Respecto a las observaciones, han aumentado considerablemente las medidas de los parámetros
atmosféricos con una mayor extensión a
lo largo del globo (instrumentación en
satélites) así como en altura, alcanzando
la atmósfera media. En la última década
hemos vivido una época dorada de observación de la atmósfera con varias misiones espaciales (Envisat, TIMED, Sci-Sat,
Aura, etc), que nos han suministrado
datos globales durante más de un ciclo
solar (once años). En cuanto a los modelos, el mayor avance procede de entender
el sistema climático como un todo. Así, el
acoplamiento de los modelos atmosféricos con los océanos y con la superficie ha
sido crucial para mejorar los modelos climáticos. A ello ha contribuido también la
mejora de los modelos oceánicos, que
incluyen procesos biológicos. Por otra
parte, la creación de modelos globales que
acoplan las distintas capas de la atmósfera, principalmente la baja (troposfera)
con la media y alta atmósfera (estratosfera+mesosfera, y termosfera) ha permitido entender mejor las observaciones y,
por tanto, las interacciones entre las distintas capas.
Realizado este análisis global, podemos
citar algunos aspectos muy sobresalientes. Quizás el resultado más importante
ha sido la capacidad de los modelos climáticos de reproducir el aumento de la temperatura de la superficie en la era industrial y atribuirlo, sin ninguna duda, a la
actividad humana, como muestra el
reciente informe del IPCC.
Por otra parte, aunque no de forma tan
rotunda por ser un periodo aún corto y
debido a la gran variabilidad atmosférica,
parece que vemos indicios de la recuperación del agujero de ozono y, por ende, del
fruto del protocolo de Montreal y subsiguientes. Como muestra de dicha dificultad/variabilidad podemos mencionar que,
a pesar de esa incipiente recuperación, en
el invierno de 2011 se registraron valores
mínimos casi récord en el hemisferio
Norte.
Otro avance muy importante conseguido
en los últimos veinte años reside en la
mayor fiabilidad de la predicción del
tiempo a medio plazo (una semana),
aumentándola en dos días (es decir, el
nivel de confianza de la predicción que
antes teníamos a cinco días ahora la podemos hacer a siete).
Temperatura media global estimada en virtud de los diferentes escenarios planteados en el último informe del IPCC.
http://www.climatechange2013.org/
Incertidumbres
Tras la demostración incuestionable de que el cambio climático (y en
particular el aumento de la temperatura en la superficie) ha sido
generado en gran parte por la actividad humana, el principal reto
planteado ahora es saber a qué ritmo evolucionará. Baste comentar
que tras los veinticinco años que lleva el IPCC actuando, los rangos
de incertidumbre del aumento de la temperatura o de la subida del
nivel del mar prácticamente no han cambiado y siguen siendo muy
(demasiado) amplios. En esta perspectiva general, la mayor incertidumbre se halla quizás en la subida del nivel del mar, principalmente
porque no se conocen bien todos los procesos que controlan este
fenómeno. En concreto, la mayor incertidumbre proviene del deshielo de Groenlandia y de la Antártida.
Otra de las mayores incertidumbres reside en la intensidad y frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos (inundaciones, sequías,
etc.). Sabemos que estos episodios están cobrando más fuerza con
el cambio climático pero desconocemos su proyección. De igual
forma, conocer cuáles son los efectos del cambio climático a escala
regional constituye otro gran desafío. Las predicciones actuales no
son creíbles y una mejora en este campo resulta crucial.
En cuanto a qué procesos controlan el cambio climático, actual-
22
Infografía del fenómeno “El Niño”. Fuente: La Prensa (Panamá).
CIENCIA:
PILARES E
INCERTIDUMBRES
MANUEL LÓPEZ PUERTAS (IAA-CSIC)
mente el más desconocido
es el papel de los aerosoles,
tanto por la incertidumbre de
sus fuentes y precursores como
por su efectos indirectos a través
de las nubes. Como pone de manifiesto
el reciente informe del IPCC, de entre
todos los elementos que inducen el cambio climático, este tiene el mayor rango
de incertidumbre.
La ausencia de planes de observaciones
de la media y alta atmósfera a medio y
largo plazo supone un serio revés para
poder entender la variabilidad/tendencia
de muchos de estos fenómenos. Todos
los esfuerzos observacionales previstos
están centrados en la baja atmósfera
(observaciones en nadir, columnas de
abundancias), pero no hay prevista ninguna misión para medir perfiles de temperatura y compuestos extendidos a
toda la atmósfera.
Fuente: kelvinsong (Wikipedia).
Termopausa
350-800 km
Termosfera
Otra gran parte de los avances logrados
son consecuencia de la mejora substancial del acoplamiento vertical de las distintas capas atmosféricas. Así, se ha demostrado cómo el agujero de ozono de la
estratosfera afecta al clima de la
Antártida, o cómo las predicciones de
modelos atmosféricos globales, que acoplan la baja y media atmósfera, explican
mejor los patrones de precipitaciones que
aquellos que no lo hacen. También se ha
mostrado el importante papel que juega
el vapor de agua de la estratosfera sobre
el clima o cómo la dinámica de la estratosfera afecta al clima de la troposfera en
las regiones polares.
Este acoplamiento también se manifiesta
entre las capas más altas: la variabilidad
dinámica de las capas inferiores (troposfera y estratosfera), donde en los últimos
doce años se han producido cinco calentamientos súbitos de la estratosfera de
gran magnitud, es la principal fuente de
variabilidad de la termosfera. Este es uno
de los principales hechos observados
recientemente: la estratosfera se halla
normalmente situada a una altura de
entre cuarenta y cinco y cincuenta
kilómetros, pero en el invierno
polar del hemisferio Norte la
estratosfera sube después de
estos eventos hasta los
ochenta kilómetros y tarda
en descender varias semanas. Además, este fenó-
También supone un gran reto entender la
variabilidad de varios fenómenos como la
intensidad, frecuencia y alternancia de El
Niño/La Niña, o la frecuencia de los
calentamientos estratosféricos (así como
poder discernir si forman parte de la
variabilidad natural del clima o si se ven
perturbados por el cambio climático).
A más corto plazo, quizá lo más apremiante es entender la reciente pausa en
el aumento de la temperatura global de
la superficie en la última década. Esta
parece ligada al transporte de calor hacia
meno viene ocurriendo con bastante frecuencia.
De igual forma, en la última década se ha
puesto de manifiesto la importancia de las
precipitaciones de partículas solares
sobre la composición (óxidos del nitrógeno y ozono) en la atmósfera media
polar. Las concentraciones de los primeros aumentan en un factor de entre diez
y cien durante dichos eventos y el ozono
puede reducirse a la mitad en la alta
estratosfera polar.
Desde un punto de vista observacional
podemos citar algunos ejemplos muy singulares. Por ejemplo, se ha obtenido la primera observación en la historia de una
ruptura del vórtice polar del hemisferio
Sur, fenómeno habitual en el hemisferio
Norte y que da lugar a que el agujero de
ozono no se forme, o la inesperada y drástica reducción de la cubierta de hielo del
hemisferio Norte en verano. También se
ha detectado una pronunciada variabilidad
de la frecuencia e intensidad de los calentamientos súbitos de la estratosfera mencionados, así como de la Oscilación Sur
El Niño/La Niña, con un pronunciado El Niño seguido de una
larga serie de eventos de La
Niña. Más recientemente,
se ha documentado una
pausa en el aumento de
la temperatura global
de superficie en los
últimos diez años.
el océano profundo y
su relación con la variabilidad de El Niño/La
Niña. En este sentido, la
medida del contenido de
calor del océano profundo a
escala global es uno de los principales retos en la investigación del cambio
climático.
Para resolver todos esos retos, las
herramientas necesarias son las mismas
que las empleadas hasta ahora. Desde
un punto de vista observacional, el desarrollo de un sistema de observación
global para monitorizar los parámetros
del sistema Tierra relativos a cambio climático, a los recursos hídricos y a la
calidad del aire. En cuanto a simulaciones, la mejora de los modelos climáticos
existentes con la inclusión de nuevos
procesos y la mejora de los ya incluidos
parecen indicar el camino a seguir.
Imagen fondo: NASA Earth Observatory
AGENDA
http://www-divulgacion.iaa.es/ciclo-lucas-lara
CONFERENCIAS DE DIVULGACIÓN EN EL IAA. CICLO LUCAS LARA
28 nov
Joaquín Marro (UGR)
El curioso caso de la complejidad en ciencia
19 dic
Martín Guerrero Roncel (IAA)
Nebulosas planetarias
LAS CONFERENCIAS SE RETRANSMITEN A TRAVÉS DE INTERNET EN WWW.SONOVOZ.COM,
DESDE DONDE TAMBIÉN PUEDEN DESCARGARSE SESIONES ANTERIORES
HOMENAJE
¡HASTA SIEMPRE MANU!
Nos dejó Manuel Félix. Cuando apenas había iniciado su andadura en este difícil y cada vez más
complejo mundo de la investigación, su vida fue
arrancada sin la menor contemplación. Y fue
precisamente haciendo el papel que a él más le
gustaba, el de actor, y no mero espectador frente al misterio de la naturaleza que le rodeaba.
Manu inició su corta singladura investigadora en
el campo de los objetos TransNeptunianos. En
esta primera etapa Manu consiguió, gracias a su
motivación, tesón y rigurosidad, resultados muy
relevantes y el germen de lo que sería (y será) su
primer artículo.
Apenas le dio tiempo a sumergirse en su tema de
Tesis Doctoral, el mundo de las atmósferas de los
exo-planetas. Manu amaba la Física, y este
campo en concreto siempre le fascinó. Tales eran
su determinación, entusiasmo e ilusión, que
indefectiblemente arrastró al Departamento de
Sistema Solar a emprender esta nueva línea de
investigación.
En su corto tiempo de convivencia ya nos dejó firmes rastros de su contagiosa alegría y vitalidad.
Se nos escapó una gran persona y de gran talento cuando apenas habíamos empezado a conocerlo. La vida apenas le dejó el tiempo justo para
que apreciáramos su valía, actitud y generosidad.
Se le fue cuando más le sonreía.
Tus amigos y compañeros del IAA
RECOMENDADOS
DIVULGACIÓN IAA
http://radioscopio.iaa.es
http://henrietta.iaa.es
El Radioscopio es un programa de divulgación científica realizado
y producido desde Canal Sur Radio en colaboración con el
Instituto de Astrofísica de Andalucía. Presentado y dirigido por
Susana Escudero (RTVA) y Emilio J. García (IAA), este programa
aborda la divulgación de la ciencia con humor y desde una perspectiva original y rigurosa.
¿Cómo divulgaría ciencia un personaje histórico si dispusiera
de las herramientas con las que contamos hoy día? Esta pregunta se halla en la base del un proyecto de divulgación del
IAA que protagonizan Nikola Tesla y Henrietta Leavitt. Ya
están disponibles todos los vídeos de Tesla en
teslablog.iaa.es y casi toda la serie de Henrietta.
EL UNIVERSO EN UN DÍA
La plataforma de divulgación Naukas organizó el evento “El universo en un día”, que tuvo lugar en el Paraninfo de la Universidad del
País Vasco en Bilbao y que realizó un recorrido por los 13.700 millones de años de nuestro universo en un solo día. Todas las sesiones estás disponibles a través de internet.
http://naukas.com/categorias/eventos/universo-en-un-dia/
CHARLAS DIVULGATIVAS PARA COLEGIOS
El IAA organiza mensualmente charlas de divulgación astronómica para estudiantes, a petición de
los colegios interesados. Pueden obtener más información en la página Web del instituto o contactando con Emilio J. García (Tel.: 958 12 13 11; e-mail: [email protected]).